[发明专利]一种测量降落伞形态参数的机器视觉方法

说明书

本发明提供了一种测量降落伞形态参数的机器视觉方法，利用多目摄像机拍摄的降落伞影像，根据多视图几何关系计算，对伞衣上的点进行三维测量，计算获得降落伞的三维形态参数。本发明方法对降落伞进行多目摄像机同步拍照来采集数据；标定出多目摄像机的标定参数；匹配多视图影像的同名点，并计算其三维坐标；由点的三维坐标的测量值换算出降落伞的三维形态参数。本发明能够获得降落伞在开伞过程和运动过程中降落伞的展开形状和投影面积的形态参数，为分析降落伞的充气过程和减速效果提供参数测量的信息。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，具体涉及降落伞参数测量方面。

背景技术

对于飞行器的着陆减速过程，降落伞是一种非常重要的减速工具。比如，在飞船返回舱进入大气层着陆阶段，会打开降落伞进行减速；在火星探测任务中，着陆器进入火星大气层后，会打开降落伞进行减速；部分飞机在降落停机坪时，会打开降落伞进行减速。降落伞开伞成败往往决定了飞行器着陆任务的成败，本发明是为定量的测量降落伞的形态参数提供的一种技术方法。

降落伞的形态参数，主要包括降落伞的伞衣在充气展开过程中的投影面积、伞衣展开过程的各个时刻的最长直径和各方位的直径比例参数。工程师可以从降落伞的形态参数判别降落伞是否已经完全展开，可以真实的反映出降落伞的充气性能。

目前现有技术中，降落伞的参数测量方法主要是依靠在大型地面风洞内，通过高速摄像机对开伞过程进行拍摄视频，使用单个摄像机的视频数据，通过回放的方式进行测量。在每一次开伞实验时，通过该次拍摄的视频数据中的单帧图像与已知的完全充气完成的图像进行对比，通过二维的图像像素长度对比，分析降落伞的形态变化情况。

传统的摄像机拍摄视频，在二维图像上对比分析的试验方法，只能使用简单地方法判定降落伞伞衣是否完全充气展开，分析结果的误差较大；传统方法无法获得三维的测量数据，定量分析能力不足，难以真实反映出降落伞的充气性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于多目摄像机拍摄的降落伞影像进行形态参数测量的方法。

为实现以上目的，本发明采取的方法步骤是：

(1)在降落伞的伞绳末端的固定结构上，安装多目摄像机，所述的多目摄像机由两台或两台以上的摄像机组成。

(2)使用标定板，对摄像机的相对位置姿态和图像标定参数进行标定，获得标定参数；所述的标定板是机器视觉领域中使用的标定板，通过摄像机拍摄带有固定间距图案阵列平板、经过标定算法的计算，根据摄像机的投影方程几何模型，进一步得到高精度的测量和重建结果。

根据光心、像点和物点三点一线的原理，场景中的三维点M＝[X_M，Y_M，Z_M，1]^T投影到二维像平面上得到像面点m＝[u，v，1]^T的转换过程，使用的摄像机的投影方程表示为：

其中，λ表示投影转换比例；(u_o，v_o)表示摄像机的主点坐标；f_x和f_y表示摄像机的主距长度。然后，归一化投影平面上的的坐标为：

考虑摄像机的镜头畸变的数学模型的像点计算式表达为：