[发明专利]基于多折射模型的风洞投放物高速位姿测量方法

摘要

本发明基于多折射模型的风洞投放物高速位姿测量方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种适用于风洞多折射环境下投放物高速位姿测量方法。测量方法首先建立风洞实验环境下的多折射模型；然后利用多折射模型对视觉测量图像数据进行处理优化，得到左、右图像特征信息的正确匹配；最终利用坐标转换方法求的投放物位姿测量信息。该方法对风洞环境高速气流以及观察窗引起的光折射现象进行分析，引入了风洞实验环境下的光路折射模型，有效消除了观察窗、高速气流对光线传播的影响，建立更为精确的多折射模型对位姿测量过程进行校正优化，提高了存在多折射现象的风洞投放物高速位姿测量精度与稳定性。

主权项

1.一种基于多折射模型的风洞投放物高速位姿测量方法，其特征是，测量方法首先建立风洞实验环境下的多折射模型；然后利用多折射模型对视觉测量图像数据进行处理优化，得到左、右图像特征信息的正确匹配；最终利用坐标转换方法求得投放物位姿测量信息；该方法的具体步骤如下：步骤1建立风洞多折射模型高速气流(4)与风洞观察窗(3)以及镜头前非流动空气(2)会引起光路折射现象，设各种物体的折射率为μi，i＝0,1,2,其中，镜头前非流动空气(2)折射率为μ0、风洞观察窗(3)折射率为μ1、高速气流(4)折射率为μ2，折射后光线传播方向组成的各折射矢量vi，i＝0,1,2,其中，镜头前非流动空气(2)折射矢量为v0、风洞观察窗(3)内折射矢量为v1、高速气流(4)折射矢量为v2；镜头前非流动空气(2)厚度为d0、风洞观察窗(3)厚度为d1、高速气流(4)厚度为d2；由斯涅尔定律：μisinθi＝μi+1sinθi+1，i＝0,1,2,   (1)其中，θi为各折射矢量vi与风洞视察窗(3)法矢量n的夹角；整理得：vi+1＝ai+1vi+bi+1n   (2)其中，a_i+1＝μ_i/μ_i+1,根据多折射几何原理，得出P点的三维坐标为：步骤2基于多折射模型的图像匹配方法设高速气流(4)相对于左、右视觉测量设备(1、5)的折射矢量v2l，v2r交于点P，所以风洞观察窗(3)相对于左、右视觉测量设备(1、5)的折射矢量v2l，v2r与(P)在同一个平面内，得到以下公式：(q2l‑q2r)·(v2l×v2r)＝0   (4)其中，q2l是左视觉测量设备(1)的折射矢量v2l与风洞观察窗(3)的交点，q2r是右视觉测量设备(5)的折射矢量v2r与风洞观察窗(3)的交点；该方法首先根据光流方法找到合作标记的运动轨迹，然后取左图像运动轨迹上某些时刻的特征点与右图像的特征点利用公式(4)进行判定，满足公式(4)即表示左右图像标记点是匹配点，当左图像一条轨迹上多个标记点与右图像上的标记点分别匹配时，说明两条轨迹是匹配的，即两条轨迹上多个标记点是匹配的；步骤3基于坐标转换的位姿求解方法首先建立投放物局部坐标系OtXtYtZt为：世界坐标系中点pow＝(xp yp zp)T与局部坐标系下点的转换关系如下：其中：Twb＝(x0 y0 z0)为投放物局部坐标系原点即投放物质心在世界坐标系中的坐标；Rwb为局部坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵；其中,‑θZ，‑θX，‑θY为投放物相对于世界坐标系的偏航角，俯仰角和滚转角，求得Rwb，Twb即单个投放物对于世界坐标系的位姿信息，以此求得所有投放物位姿信息。