[发明专利]一种基于计算机视觉的舵翼偏角检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于计算机视觉的舵翼偏角检测方法及系统，涉及图像处理技术领域，该方法包括：从采集的待测目标的图像中识别出待测舵翼的各角点位置；根据角点位置和运载工具表面的工装点位置，基于PnP算法得到相机与世界坐标系的相对位姿关系；根据相对位姿关系、待测舵翼的零位位置和安装位置，基于PnP算法得到相机分别在舵翼理论位置坐标系和舵翼实际位置坐标系下的位置一和位置二；将位置一和位置二之间的夹角作为待测舵翼的安装位置相对于零位位置的偏角，根据位置一和位置二的三维坐标计算偏角值。本方法利用非合作目标的单目视觉图像，将二维图像点与现实中三维空间点联系起来，实现多舵翼零位的自动确定和偏角的高精度实时测量。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是一种基于计算机视觉的舵翼偏角检测方法及系统。

背景技术

舵翼系统作为高速运载工具控制姿态方向的终端，决定着运载工具是否能够按预定计划可控航行，其偏转的精度直接影响着航行精度、命中准确率、可控率等参数，所以舵翼的生产装配精度对运载工具的生产质量和使用性能至关重要。在航空航天装备的生产过程中，为了检测舵翼是否安装精确，一般需要精准获得舵翼与标准零位的夹角。

随着生产制造数字化程度的日益提升，航空航天生产线对产品生产精度的检验需求也从过去的手工式、接触式人工测量逐渐发展到现在的全自动、非接触式的自动测量。相比于传统的机械、电磁接触式测量方法，利用先进视觉传感器结合机器视觉处理算法组成的非接触式测量系统，是目前对较大外形尺寸、复杂空间曲面待测物测量的主要方法。

现有利用视觉对待测舵翼进行零位确定和偏角测量的方法主要有前后图像比对法、光学动捕法和基于合作目标的方法等。基于前后图像比对的方法需要对舵翼在未偏转时的零位位置进行人工成像标定，再将偏转后的图像与零位图像比对，从而得到舵翼转角。该方法需要对每个待测舵翼的零位进行事先标定，且一旦相机与待测物的相对姿态发生变化零位便不再准确，无法实现零位的自动确定，不能满足生产线的实时自动检测要求。

基于光学动捕的方法主要依靠多目视觉识别待测物表面合作目标在空间中的移动情况，从而计算舵翼的摆动偏角。该方法采用的设备复杂、价格昂贵，无法对已安装好的静态舵翼进行测量。

基于合作目标的方法利用单目或双目相机成像，通过识别舵翼上粘贴的合作目标计算相机相对于舵翼的空间位姿关系，从而还原零位并计算偏角值。但粘贴合作目标的过程不仅可能损伤待检测对象表面，还增加了生产工序，因此以上方法在实际自动化生产过程中应用十分受限。

因此，基于视觉方法确定舵翼的基准零位与偏角的重点在于如何自动确定零位，且零位线作为比较基准，零位线的准确度决定了测量偏角的准确度。然而，上述现有方法确定零位，多要求在舵翼表面粘贴合作目标或需要事先对舵翼进行零位标定。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于计算机视觉的舵翼偏角检测方法及系统，在不利用合作目标、不用事先进行零位标定的前提下，仅利用非合作目标的单目视觉图像，将二维图像中的点与现实中三维空间点联系起来，建立相机与待测舵翼的姿态关系，实现多舵翼零位的自动确定和偏角的高精度实时测量。

本发明的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种基于计算机视觉的舵翼偏角检测方法，多个待测舵翼通过转轴安装在运载工具的相应安装位置处，该方法包括如下步骤：

利用两个相机分别采集运载工具左右两侧的图像，图像完整覆盖每侧的待测舵翼；

对图像进行预处理，并识别出待测舵翼的各角点位置；

根据每个待测舵翼的角点位置和运载工具表面的工装点位置，基于PnP算法得到单侧相机与世界坐标系的相对位姿关系；