[发明专利]一种基于机器视觉的飞机模型冰形轮廓提取方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的飞机模型冰形轮廓提取方法，能实现对结冰风洞飞机模型结冰试验中采集来的冰形轮廓进行识别，经过实验验证该方法具有较高的鲁棒性，在采集得到的一千张冰形图像上实现了冰形识别和曲线提取，并进一步得到冰形曲线的数字化结果。冰形曲线的数字化结果不仅有利于从二维层面分析结冰风洞中不同云雾条件下产生的冰形的几何特征，同时对进一步开展飞机结冰飞行、结冰防护和结冰适航取证等方面的研究具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的结冰风洞飞机模型冰形轮廓提取方法。

背景技术

飞机在飞行过程中，在一定高度云层水滴会凝结，当温度在0摄氏度(0℃)及以下时，飞机表面会结冰并有可能进一步形成积冰。冰积聚在飞机的每个暴露的前表面，不仅仅是机翼，螺旋桨和挡风玻璃，还有天线，通风口，进气口和整流罩。飞机结冰增加了飞机整体质量，改变了机身的外形，并进一步影响空气的平稳流动，增加阻力，破坏机翼气动外形,对飞行具有不可估量的危害。因此，研究飞机结冰是空气动力学中的一个重要课题，而通过结冰风洞试验进行飞机结冰研究是最常见且高效的方法。结冰风洞的冰形试验需要输出冰的几何外形，由于结冰环境的特殊性以及结冰类型的复杂性，结冰冰形的测量方法一直是开展结冰风洞试验研究的关键技术之一。

目前，结冰风洞试验的冰形测量主要采用描迹法，该方法在实际应用中，由于操作复杂，人为参与度较高，使得测量结果受到较多干扰，精度较低。此外，在非接触式方法中，文献采用了非接触式的图像分割方法对并行进行了分割提取，取得了较好的效果。由于该方法先对冰形进行分割，然后对冰形标定后与翼型数模拟合之后得到最终的结冰冰形。该种方法虽然可以实现冰形测量，但是冰形与翼型分别提取再进行结合会产生一定误差；并且不适用于大型结冰风洞模型结冰试验。此外，文中也并未就标定具体方法进行阐述，对标定过程产生的误差未进行进一步分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机器视觉的飞机模型冰形轮廓提取方法，该方法是从像素级对冰形和翼型曲线进行识别，提高了识别精度，避免了因过多的中间环节和人为主观干扰因素。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于机器视觉的飞机模型冰形轮廓提取方法，包括以下步骤：

步骤一：冰形图像提取

a)利用摄像设备对试验结束后的冰形正面、侧面及待测剖面位置细节进行取照，记录结冰外形特征；

b)在模型周围安装冰形测量支架，同时利用的加热的热刀沿三个待测剖面位置的导向滑槽切开模型表面的冰；

c)取出热刀，将贴有方格纸的有机玻璃卡板卡于测量剖面位置,用尖头勾线笔沿冰形外轮廓手工绘制冰形的轨迹线；

d)利用扫描仪扫描已绘制冰形迹线的方格纸获取试验结果冰形轮廓图像；

步骤二：冰形图像数值化提取

冰形轮廓图像采集完成后通过旋转矫正方法对图像进行预处理，使得冰形轮廓图像具有几何一致性；

在冰形轮廓图像基础上进行阈值分割和曲线跟踪提取，先对冰形轮廓曲线分割图像进行闭运算，通过膨胀填充曲线中的断点，运用灰度概率差分法保留低层灰度信息得到冰形曲线的分割结果，得到具有清晰轮廓的翼型曲线图和冰形曲线图。

在上述技术方案中，冰形轮廓图像的阈值分割法，该方法采用一个相对的类间差函数：

ρ＝ω₁|μ-μ₁|+ω₂|μ-μ₂|