[发明专利]一种用于大型风力叶片运动追踪的视频测量方法

说明书

本公开涉及一种用于大型风力叶片运动追踪的视频测量方法，所述方法包括：喷涂随机散斑图案并粘贴定向反光标志点；将叶片表面分为多个测量区域，不同的测量区域放置对应的相机组；相机标定；控制各个相机同时连续采集大型风力叶片旋转时的图像；根据采集到的散斑图案进行旋转校正后，对各个相机所采集的每帧图像进行分析并计算出所述反光标志点中心坐标，将各个相机所采集的每帧图像中的相关点进行多极线匹配；根据采集图像以及多极线匹配的结果进行三维重建，得到大型风力叶片上各个点的三维坐标，分析大型风力叶片上所述反光标志点在变形过程中的变化情况，得到大型风力叶片表面关键点的变形；本发明能够准确得到特征表面任意位置每个状态下的空间坐标，实现跟踪与运动测量的目的。

技术领域

本公开涉及三维测量领域中的大型风力叶片运动追踪与变形测量，特别涉及一种用于大型风力叶片运动追踪的视频测量方法。

背景技术

大型风力叶片是一种展向短而弦向长的弹性体结构，作为风力机的主要承载部件，几乎所有力都要通过叶片传递出去，叶片必然容易发生振动和变形，从而影响风力发电机的平稳运行，严重时会导致风力机损坏。然而现阶段普遍采用的接触式传感器难以有效应对这种测量需求。一方面，由于引线的问题，传感器在大型或高速旋转叶片上不好布置；另一方面，传感器建立的观测点有限，不能对整个叶片任意位置的全场位移与变形进行测量。

视频测量方法通过计算出每帧中标志点的三维坐标来获得每个标志点在受载时的位移和变形，已经被广泛使用在非接触式全场变形与应变测量中。然而，由于大型风力叶片的测量条件存在大扭矩或高速旋转的特点，使用普通的哑光型标志点进行测量存在图像弱相关的问题，通过标志点直接进行图像匹配，很可能找不到变形前后的相似子区，导致匹配失败。现有双目视频测量在进行相关点匹配时，仅考虑两幅图片，很容易产生歧义，即沿某一极线搜索时有多个像点会被选为对应像点。且双目视频测量系统仅适合应用于稀疏、散乱的编码点，对于密集排布的非编码点存在测量效果不理想的缺陷，如图1所示。为了提高像点的匹配率，在双相机立体摄影测量的基础上，可以考虑增加一台或多台相机组成多相机立体摄影测量系统，如图2所示，从多个不同角度下拍摄被测物体，利用多个约束即可消除或大大降低匹配出错的可能性。

发明内容

为克服传统测量手段的缺陷，实现旋转运动大型风力叶片的变形追踪，本公开提出一种用于大型风力叶片运动追踪的视频测量方法，在被测物体表面粘贴定向反光标志点。对多个相机采集到的标志点图像采用梯度幅值法进行亚像素精度边缘定位，然后用椭圆最小二乘拟合后得到标志点中心。接着根据前后采集到的散斑图像进行旋转变换，旋转矫正后再通过定向反光标志点多极线匹配计算出每帧中标志点的三维坐标，实现跟踪与变形测量的目的。

本发明提供一种用于大型风力叶片运动追踪的视频测量方法，所述方法包括下述步骤：

S100、在待测量的大型风力叶片表面粘贴定制的定向反光标志点；其中一个叶片喷涂有随机散斑图案；

S200、根据测量需求，将大型风力叶片表面分为多个测量区域，针对不同的测量区域放置对应的相机组；

S300、采用带有编码标志点的米字型标定架对各个相机组的内外参数进行标定；所述相机组包括第一相机、第二相机和第三相机；

S400、设置相机每秒拍摄帧数，控制各个相机同时连续采集大型风力叶片旋转时的图像；

S500、根据采集到的散斑图案进行旋转矫正，然后对各个相机所采集的每帧图像进行分析并计算出所述反光标志点中心坐标，将各个相机所采集的每帧图像中的相关点进行多极线匹配；

S600、根据采集图像以及多极线匹配的结果进行三维重建，得到大型风力叶片上各个点的三维坐标，分析大型风力叶片上所述反光标志点在变形过程中的变化情况，得到大型风力叶片表面关键点的变形；所述关键点是大型风力叶片表面变形量大于预设变形量的点。