[发明专利]一种飞行器三维表面流动分布风洞测量方法

说明书

一种飞行器三维表面流动分布风洞测量方法，基于结构光的双目视觉三维点云重建系统和多视角图像获取系统被用于风洞三维流动分布测量。首先利用双目视觉系统对风洞试验模型表面进行三维重构，通过在模型上或者周边布置少量标记点，然后进行点云拼接处理，获得其表面的点云信息。风洞试验中，通过布置多个相机对模型进行多视角拍摄，获得模型不同视角下的表面流动信息，再通过模型或其周边布置的标记点信息，进行图像与三维点云之间的坐标系转换，将二维流动图像映射到三维点云上，从而获得飞行器三维全表面流动分布。

技术领域

本发明涉及一种飞行器三维表面流动分布风洞测量方法，是一种用于风洞中测量飞行器三维模型全表面热流、压力或摩阻分布的方法。

背景技术

随着新型飞行器飞行速度和高度的提高，气动参数测量问题越来越重要，急需得到解决。就地面试验而言，能够准确全面地预测飞行器表面气动参数分布显得非常重要。

敏感涂层技术利用敏感材料将模型表面“热流”、“压力”、“摩阻”等物理参数转化为“光”信号进行采集、处理，从而获得高精度试验数据。相比于传统点测量方法，其具有非接触测量、无需在模型表面布置测点和布线、不破坏模型外形、数据量大、效率高等特点，兼具流场显示的优势，成为国内外近年来大力发展的先进试验技术。经过近年来的快速发展，已逐渐应用到一些飞行器气动试验当中，得到了很好的测量结果。尽管如此，目前敏感涂层技术在发展过程中也遇到了一些瓶颈问题：

问题一：只能获得二维流动分布图像，无法获得飞行器三维全表面气动参数数据。对于一些复杂外形飞行器，具有大曲率区域的外形，由于光照及拍摄角度原因，这些区域在图像中的光强呈指数下降，导致其气动参数预测误差较大，甚至有些区域的数据无法使用。

问题二：生产效率低。飞行器研发需要快速高效的风洞试验作为支撑。传统方法，如果想要得到模型全表面的气动数据，至少要进行3次以上试验。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种飞行器三维表面流动分布风洞测量方法，采用立体视觉技术，有效解决三维测量问题和生产效率低的问题，为飞行器研制提供技术支撑。

本发明采用的技术方案为：

一种飞行器三维表面流动分布测量方法，步骤如下：

(1)在风洞试验模型上喷涂敏感涂层，设置多台观测相机，用于观测模型的上表面、下表面和侧面，并在观测相机旁边布置激发敏感涂层的光源；

(2)设置多个圆形标记点，将标记点随机的粘贴到与风洞试验模型连接的支杆上；

(3)对每一台观测相机进行标定，获得相机的内参数矩阵以及畸变参数，再通过观测相机对试验模型进行同步拍摄得到原始图像；

(4)根据观测相机的内参数矩阵以及畸变参数对原始图像进行校正获得去除畸变的图像；

(5)检测每幅校正后图像上的标记点，得到多组标记点的特征数据；

(6)令所有观测相机同时拍摄棋盘矩阵标定板，提取各观测相机拍摄得到的标定板图像中的特征数据，进而得到各个观测相机的本征矩阵；

(7)根据各个观测相机的本征矩阵，得到观测相机之间的空间位置变换关系，即观测相机三维坐标系，进而得到多组标记点在观测相机三维坐标系中的三维坐标；

(8)在风洞外，设置两台重建相机，形成双目视觉系统，并对所述重建相机进行立体标定，获得空间上两台重建相机的几何关系，从而获得两台重建相机坐标系之间的变换关系；

(9)通过所述双目视觉系统，重建试验模型的三维云图；