基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置及方法，裝置包括計(jì)算機(jī)、兩個(gè)CCD攝像機(jī)、兩個(gè)線陣半導(dǎo)體激光器及調(diào)制器，計(jì)算機(jī)的輸出與脈沖發(fā)生器相連，脈沖發(fā)生器分別與CCD攝像機(jī)和線陣半導(dǎo)體激光器相連，線陣半導(dǎo)體激光器通過調(diào)制器連接激光發(fā)射頭，CCD攝像機(jī)捕獲線陣輪廓圖并通過圖像采集卡上傳至計(jì)算機(jī)；測(cè)量方法為：通過CCD攝像機(jī)分別捕獲圖像，采用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖，進(jìn)行輪廓校正后將兩個(gè)CCD攝像機(jī)獲得的圖像進(jìn)行融合。本發(fā)明采用兩個(gè)CCD攝像機(jī)部分視場(chǎng)捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾部線陣輪廓圖和視場(chǎng)捕獲尾部火焰，從尾焰圖像和尾部輪廓變化兩個(gè)方面來研究發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況，增加了檢測(cè)的可靠性。
【專利說明】基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能檢測(cè)領(lǐng)域，涉及圖像處理、激光與光學(xué)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，提出一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量和尾部火焰分析的方法，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航空運(yùn)輸在人們的生活中越來越重要。飛機(jī)以其快速、舒適、和相對(duì)安全等特點(diǎn)，逐漸成為了人們最重要的出行方式。但是近年來飛機(jī)的出事率大大提高，所以加強(qiáng)飛機(jī)飛行安全性成為了不可忽視的任務(wù)，而飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能是飛機(jī)飛行安全性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的狀態(tài)直接影響著飛機(jī)的工作性能。
[0003]飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，為航空器提供飛行所需動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，作為飛機(jī)的心臟，被譽(yù)為“工業(yè)之花”，它直接影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，是一個(gè)國(guó)家科技、工業(yè)和國(guó)防實(shí)力的重要體現(xiàn)。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛的是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，主要包括渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于速度更高的飛機(jī)，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于超音速飛機(jī)。它們主要由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪機(jī)和噴口組成。
[0004]飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，噴管噴口處溫度高，環(huán)境溫度約60?200°C、氣流溫度接近2000K，尾噴管排氣速度快，尾噴流發(fā)光強(qiáng)度大、且熱態(tài)噴管處于運(yùn)動(dòng)(收縮、擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)和軸向移動(dòng))狀態(tài)，所以對(duì)其尾部輪廓的檢測(cè)變得十分困難。目前的測(cè)量物體輪廓手段大體上分為兩種:一是接觸式測(cè)量，二是非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量的基本原理都是機(jī)器逐個(gè)取點(diǎn)，測(cè)量頭與被測(cè)物體接觸，操作過程繁瑣，測(cè)量速度慢，尤其當(dāng)被測(cè)物體較大時(shí)，非常耗時(shí)。因?yàn)轱w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)尾部溫度高，尺寸大，傳統(tǒng)的接觸式三維測(cè)量方法不再適用?；跈C(jī)器視覺的物體輪廓檢測(cè)，屬于非接觸測(cè)量技術(shù)，它采用結(jié)構(gòu)光作為光源，當(dāng)結(jié)構(gòu)光投射到物體表面時(shí)，會(huì)在被測(cè)物體上形成斷面輪廓光帶，用CCD攝像機(jī)捕獲被測(cè)物體的散射圖像，然后經(jīng)過一系列圖像處理，還原出尾部輪廓圖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別安裝在尾部側(cè)后斜上方和斜下方，部分視場(chǎng)捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾部線陣輪廓圖和視場(chǎng)捕獲尾部火焰，從尾焰圖像和尾部輪廓變化兩個(gè)方面來研究發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況的基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量方法，對(duì)CCD攝像機(jī)獲得的圖像采用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖像，將上下兩部分輪廓圖像進(jìn)行融合得到180度的圖像，由于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部具有左右對(duì)稱性，即可通過翻轉(zhuǎn)獲得360度的輪廓圖像，檢測(cè)方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面的相對(duì)位置設(shè)有激光發(fā)射頭，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)后斜上方和斜下方的相對(duì)位置分別設(shè)有CXD攝像機(jī)；
[0008]進(jìn)一步地，還包括有計(jì)算機(jī)、脈沖發(fā)生器、線陣半導(dǎo)體激光器和調(diào)制器，計(jì)算機(jī)的控制輸出通過延時(shí)電路連接CXD攝像機(jī)，計(jì)算機(jī)的控制輸出還與脈沖發(fā)生器相連，脈沖發(fā)生器的輸出分別與CCD攝像機(jī)和線陣半導(dǎo)體激光器相連，線陣半導(dǎo)體激光器發(fā)射的線激光陣進(jìn)入調(diào)制器進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后的線激光陣通過激光發(fā)射頭垂直照明到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面，CCD攝像機(jī)捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾部線陣輪廓圖，并將獲得的圖像通過圖像采集卡上傳至計(jì)算機(jī)。
[0009]進(jìn)一步地，所述的激光發(fā)射頭共面，CXD攝像機(jī)共面，且激光發(fā)射頭平面與CXD攝像機(jī)平面平行。
[0010]進(jìn)一步地，為避免CXD攝像機(jī)呈飽和，在強(qiáng)直射光源的照射下，在CXD攝像機(jī)前須加光學(xué)衰減片和光學(xué)濾波片，以減弱進(jìn)入CCD攝像機(jī)的光強(qiáng)和消除背景光，但是通過濾波片并不能完全消除強(qiáng)烈的背景光，火焰圖像依然過強(qiáng)，可用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖。線陣半導(dǎo)體激光器受到計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號(hào)，目標(biāo)散射進(jìn)入CCD攝像機(jī)焦平面陣列的光強(qiáng)是確定頻率的正弦變化的信號(hào)，相應(yīng)的灰度信號(hào)也是正弦變化的，背景光則不一樣，相應(yīng)的灰度信號(hào)變化規(guī)律是不確定的。在調(diào)制頻率的一個(gè)周期內(nèi)取若干幅圖像，和存貯于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的正弦信號(hào)進(jìn)行乘法和低通濾波器運(yùn)算，將背景光的灰度濾除，只保留激光灰度信號(hào)。由于乘法和低通濾波器過程是鎖相環(huán)中的鑒相過程，所以稱為激光鎖定成像。通過激光鎖定成像，只有激光照明的區(qū)域的灰度信號(hào)得以保留，背景光(包括探測(cè)器暗電流)被完全濾除。
[0011]因?yàn)楸景l(fā)明應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)中，由于檢測(cè)面積過大，噴管噴口處溫度高，環(huán)境溫度約60?200°C、氣流溫度接近2000K，尾噴管排氣速度快，尾噴流發(fā)光強(qiáng)度大、且熱態(tài)噴管處于運(yùn)動(dòng)(收縮、擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)和軸向移動(dòng))狀態(tài)，需要在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上做一些改進(jìn):將線陣半導(dǎo)體激光器的功率從10mW增加到IW ;將線激光設(shè)置為線激光陣，以覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的動(dòng)態(tài)變化范圍；使用曝光時(shí)間為Ims高速相機(jī)；采用一定的水循環(huán)降溫措施保護(hù)設(shè)備。
[0012]本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0013]S1:利用三角測(cè)量原理，事先獲得特征點(diǎn)在CXD攝像機(jī)成像的圖像，即圖像坐標(biāo)系的關(guān)系，再利用特征點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置關(guān)系，求出世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系式；
[0014]S2:獲取圖像，打開線陣半導(dǎo)體激光器，兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別捕獲圖像，CCD攝像機(jī)獲得的圖像包括尾部火焰圖和輪廓圖；
[0015]S3:消除背景光，采用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖:在調(diào)制頻率的一個(gè)周期內(nèi)取若干幅圖像，和存貯在計(jì)算機(jī)中的正弦信號(hào)進(jìn)行乘法和低通濾波器運(yùn)算，將背景光的灰度濾除，只保留激光灰度信號(hào)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓圖像；
[0016]S4:圖像預(yù)處理，對(duì)S3得到的發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓圖像進(jìn)行濾波、平滑和細(xì)化處理，得到單像素輪廓圖像；
[0017]S5:輪廓校正，利用世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系式，由激光光帶圖像坐標(biāo)系統(tǒng)反推世界坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)圖像，從而獲得被測(cè)物體的三維信息；
[0018]S6:圖像融合，將兩個(gè)CXD攝像機(jī)獲得的圖像進(jìn)行融合，即得飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部180度輪廓。
[0019]進(jìn)一步地，所述的步驟S3中消除背景光的具體過程包括以下子步驟:
[0020]S31:設(shè)CXD攝像機(jī)所采集的連續(xù)圖像的灰度信號(hào)函數(shù)為:
[0021]G (m) = Gb (m) +Gl (m) (I)
[0022]其中，GB(m)為目標(biāo)所散射的背景光的圖像灰度，GJm)為目標(biāo)所散射的激光的圖像灰度；
[0023]對(duì)于正弦調(diào)制激光，有:
[0024]Gl (m) = Glo (1+ ξ sin (ω Δ tm+ Φ)) (2)
[0025]其中，Gui和Φ為常數(shù)，ξ表示調(diào)制度，ω表示調(diào)制角頻率，At為兩幅圖像之間的時(shí)間差；
[0026]S32:進(jìn)行乘法運(yùn)算:
G11 (m) (Gb(m) + Gη)(\ + ξ sin( wmAt + ^))) x sin( wm/St)
[0027]'
=(Glj [m) + Gim )sin( wmAt) + 4 C7 ,,g(cos(^)+cos( 2 wmAt + φ))(3)；
[0028]設(shè):Gb (m)是慢變化，經(jīng)過積分后:
[0029]Gi = HPm (m) x ^lo (COS而12(4)

m
[0030]經(jīng)過以上處理復(fù)雜背景灰度GM(m)被濾除，背景光灰度消失了，僅剩下目標(biāo)散射激光灰度信號(hào)。
[0031]本發(fā)明的有益效果是:
[0032]1、采用上下線陣激光垂直照明發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面，兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別安裝在尾部側(cè)后斜上方和斜下方，部分視場(chǎng)捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾部線陣輪廓圖和視場(chǎng)捕獲尾部火焰，輪廓圖用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部三維輪廓，尾部火焰用于診斷可能出現(xiàn)的火花，從尾焰圖像和尾部輪廓變化兩個(gè)方面來研究發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況，增加了檢測(cè)的可靠性；
[0033]2、采用線激光陣照射發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，能夠覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的動(dòng)態(tài)變化范圍，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性；
[0034]3、采用在CXD攝像機(jī)前設(shè)置光學(xué)衰減片和光學(xué)濾波片，減弱進(jìn)入CXD攝像機(jī)的光強(qiáng)和消除背景光，對(duì)CCD攝像機(jī)獲得的圖像采用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖像，將上下兩部分輪廓圖像進(jìn)行融合得到180度的圖像，由于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部具有左右對(duì)稱性，即可通過翻轉(zhuǎn)獲得360度的輪廓圖像，檢測(cè)方便，計(jì)算簡(jiǎn)單，同時(shí)還能降低器械成本；
[0035]4、采用將激光功率從10mW增加到1W，將線激光設(shè)置為線陣，使用曝光時(shí)間為Ims高速攝像機(jī)和采用一定的水循環(huán)降溫措施保護(hù)設(shè)備等操作，能夠適應(yīng)較高、和檢測(cè)面積大的溫度環(huán)境，提高檢測(cè)精確度；
[0036]5、本發(fā)明的測(cè)量方法不僅可以用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)，還可以用于其他飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)，有很好的適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明的測(cè)量裝置安裝示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明的世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系示意圖；
[0040]圖4為本發(fā)明的圖像融合過程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部強(qiáng)烈的背景光的干擾，我們利用了激光鎖定成像技術(shù)。鎖定成像的基本原理是廣泛用于鎖相環(huán)中的弱信號(hào)檢測(cè)原理，包括乘法和低通濾波兩個(gè)過程。對(duì)于數(shù)字圖像的鎖定成像，乘法和低通濾波則變成數(shù)字乘法和數(shù)字低通濾波運(yùn)算，均可用軟件實(shí)現(xiàn)。鎖定成像一般能夠?qū)⒌陀谠肼?00多倍的微弱圖像信號(hào)提取出來；而光學(xué)濾波器可以將大約90%的背景光濾除。將光學(xué)濾波和數(shù)字鎖定成像兩者結(jié)合的圖像獲取技術(shù)稱為激光鎖定成像技術(shù)。此技術(shù)具有無可比擬的抑制背景光能力。實(shí)驗(yàn)表明，在背景光比目標(biāo)散射激光強(qiáng)度大104倍的情況下，激光鎖定成像能夠獲取目標(biāo)散射的微弱激光信號(hào)，僅僅使用鎖定成像或僅僅使用光學(xué)濾波都達(dá)不到這樣高的性噪比。
[0042]基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部測(cè)量是采用調(diào)制的線陣激光從側(cè)面照明發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，用兩個(gè)圖像傳感器獲取激光照明圖像，每一個(gè)圖像傳感器視場(chǎng)覆蓋部分輪廓圖像，通過圖像融合獲得完整的輪廓圖。
[0043]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明所保護(hù)的內(nèi)容不局限于以下所述。
[0044]如圖1、圖2所示，基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面的相對(duì)位置設(shè)有激光發(fā)射頭，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)后斜上方和斜下方的相對(duì)位置分別設(shè)有CCD攝像機(jī)；
[0045]進(jìn)一步地，還包括有計(jì)算機(jī)、脈沖發(fā)生器、線陣半導(dǎo)體激光器和調(diào)制器，計(jì)算機(jī)的控制輸出通過延時(shí)電路連接CXD攝像機(jī)，計(jì)算機(jī)的控制輸出還與脈沖發(fā)生器相連，脈沖發(fā)生器的輸出分別與CCD攝像機(jī)和線陣半導(dǎo)體激光器相連，線陣半導(dǎo)體激光器發(fā)射的線激光陣進(jìn)入調(diào)制器進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后的線激光陣通過激光發(fā)射頭垂直照明到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面，CCD攝像機(jī)捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾部線陣輪廓圖，并將獲得的圖像通過圖像采集卡上傳至計(jì)算機(jī)。
[0046]進(jìn)一步地，所述的激光發(fā)射頭共面，CXD攝像機(jī)共面，且激光發(fā)射頭平面與CXD攝像機(jī)平面平行。
[0047]進(jìn)一步地，為避免CXD攝像機(jī)呈飽和，在強(qiáng)直射光源的照射下，在CXD攝像機(jī)前須加光學(xué)衰減片和光學(xué)濾波片，以減弱進(jìn)入CCD攝像機(jī)的光強(qiáng)和消除背景光，但是通過濾波片并不能完全消除強(qiáng)烈的背景光，火焰圖像依然過強(qiáng)，可用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖。線陣半導(dǎo)體激光器受到計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號(hào)，目標(biāo)散射進(jìn)入CCD攝像機(jī)焦平面陣列的光強(qiáng)是確定頻率的正弦變化的信號(hào)，相應(yīng)的灰度信號(hào)也是正弦變化的，背景光則不一樣，相應(yīng)的灰度信號(hào)變化規(guī)律是不確定的。在調(diào)制頻率的一個(gè)周期內(nèi)取若干幅圖像，和存貯于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的正弦信號(hào)進(jìn)行乘法和低通濾波器運(yùn)算，將背景光的灰度濾除，只保留激光灰度信號(hào)。由于乘法和低通濾波器過程是鎖相環(huán)中的鑒相過程，所以稱為激光鎖定成像。通過激光鎖定成像，只有激光照明的區(qū)域的灰度信號(hào)得以保留，背景光(包括探測(cè)器暗電流)被完全濾除。
[0048]因?yàn)楸景l(fā)明應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)中，由于檢測(cè)面積過大，噴管噴口處溫度高，環(huán)境溫度約60?200°C、氣流溫度接近2000K，尾噴管排氣速度快，尾噴流發(fā)光強(qiáng)度大、且熱態(tài)噴管處于運(yùn)動(dòng)(收縮、擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)和軸向移動(dòng))狀態(tài)，需要在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上做一些改進(jìn):將線陣半導(dǎo)體激光器的功率從10mW增加到IW ;將線激光設(shè)置為線激光陣，以覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的動(dòng)態(tài)變化范圍；使用曝光時(shí)間為Ims高速相機(jī)；采用一定的水循環(huán)降溫措施保護(hù)設(shè)備。
[0049]本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0050]S1:利用三角測(cè)量原理，事先獲得特征點(diǎn)在CXD攝像機(jī)成像的圖像，即圖像坐標(biāo)系的關(guān)系，再利用特征點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置關(guān)系，求出世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系式；
[0051]S2:獲取圖像，打開線陣半導(dǎo)體激光器，兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別捕獲圖像，CCD攝像機(jī)獲得的圖像包括尾部火焰圖和輪廓圖；
[0052]S3:消除背景光，采用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖:在調(diào)制頻率的一個(gè)周期內(nèi)取若干幅圖像，和存貯在計(jì)算機(jī)中的正弦信號(hào)進(jìn)行乘法和低通濾波器運(yùn)算，將背景光的灰度濾除，只保留激光灰度信號(hào)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓圖像；
[0053]S4:圖像預(yù)處理，對(duì)S3得到的發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓圖像進(jìn)行濾波、平滑和細(xì)化處理，得到單像素輪廓圖像；
[0054]S5:輪廓校正，利用世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系式，由激光光帶圖像坐標(biāo)系統(tǒng)反推世界坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)圖像，從而獲得被測(cè)物體的三維信息；
[0055]S6:圖像融合，將兩個(gè)CXD攝像機(jī)獲得的圖像進(jìn)行融合，即得飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部180度輪廓。
[0056]發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓的提取:兩個(gè)CXD攝像機(jī)設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)斜上、斜下兩側(cè)位置，上下兩側(cè)線激光陣垂直照射發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，激光輻照輪廓區(qū)域大約為180度(由于輪廓左右對(duì)稱性，只測(cè)量一側(cè)輪廓即可)。CCD攝像機(jī)光軸與激光輪廓有一個(gè)夾角(是一種三角測(cè)量方法)。因此每個(gè)圖像傳感器所獲取的圖像是畸變圖像，需要對(duì)畸變圖像進(jìn)行標(biāo)定校正。如圖3所示，Ow-XwYwZw是以標(biāo)定板平面空間建立起的世界坐標(biāo)系，即測(cè)量范圍坐標(biāo)系，Zff軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中軸方向；0α-χαYciZci和Oc2-Xc2Yc2Zc2是兩個(gè)CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系，O-U1V1和O-U2V2是圖像坐標(biāo)系，P點(diǎn)為標(biāo)定板平面參考點(diǎn)，Ρ1、Ρ2分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)攝像機(jī)的像素坐標(biāo)點(diǎn)，P點(diǎn)經(jīng)過剛體變換、鏡頭畸變、攝投影變換等光路變換才能在CCD平面成像，而整個(gè)光路變換是一個(gè)連續(xù)，對(duì)偶的過程，因此可以利用矩陣的知識(shí)，對(duì)整個(gè)光路變換矩陣進(jìn)行有效的合并，便可獲得簡(jiǎn)化后的變換矩陣，即圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系。
[0057]線陣激光覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)尾部變化范圍，每一個(gè)CCD攝像機(jī)所獲得的圖像包括尾部火焰圖和部分輪廓圖，將上下兩部分圖像融合起來，從而獲得完整的輪廓圖，如圖4所示。
[0058]進(jìn)一步地，所述的步驟S3中消除背景光的具體過程包括以下子步驟:
[0059]S31:設(shè)CXD攝像機(jī)所采集的連續(xù)圖像的灰度信號(hào)函數(shù)為:
[0060]G (m) = Gb (m) +Gl (m) (I)
[0061]其中，GB(m)為目標(biāo)所散射的背景光的圖像灰度，Gl(m)為目標(biāo)所散射的激光的圖像灰度；
[0062]對(duì)于正弦調(diào)制激光，有:
[0063]Gl (m) = Glo (1+ξ sin (ω Δ tm+Φ)) (2)
[0064]其中，Gui和Φ為常數(shù)，ξ表示調(diào)制度，ω表示調(diào)制角頻率，At為兩幅圖像之間的時(shí)間差；
[0065]S32:進(jìn)行乘法運(yùn)算:
Gu(m)cx- (Gh(m) + Gl0(\ + cs\n(wmAr + φ)))χsiη(wmAi)
[0066]"
=(Glj(In) + Gui) s\n(wmAt) + 4 G/Og(cos(^)+cos(2vv/wA/ + φ))(3)；
[0067]設(shè):Gb (m)是慢變化，經(jīng)過積分后:
[0068]0I = HpM (w) χ 與/.(丨(―)12(4)

m
[0069]經(jīng)過以上處理復(fù)雜背景灰度Gm(HI)被濾除，背景光灰度消失了，僅剩下目標(biāo)散射激光灰度信號(hào)。
[0070]本發(fā)明從兩個(gè)方面:尾焰圖像和尾部輪廓變化，研究發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況，增加了可靠性，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，尾噴管處于收縮或擴(kuò)張狀態(tài)，通過在線監(jiān)測(cè)尾噴管的面積變化就可以分析發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況，而且尾焰的亮度與發(fā)動(dòng)機(jī)推力有很大的關(guān)系，監(jiān)測(cè)尾焰中的火花可以輔助分析發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒情況，當(dāng)尾焰中出現(xiàn)不應(yīng)該出現(xiàn)的火花時(shí)，或者發(fā)動(dòng)機(jī)尾部噴管處輪廓發(fā)生變化，可及時(shí)評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞，本發(fā)明將尾焰圖像和尾部輪廓變化分析相結(jié)合可以更全面的反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。由于本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)，基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部檢測(cè)方法不僅可以用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)，還可以用于其他飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)，有很好的適用性。
[0071]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置，其特征在于，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面的相對(duì)位置設(shè)有激光發(fā)射頭，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)后斜上方和斜下方的相對(duì)位置分別設(shè)有CCD攝像機(jī)； 進(jìn)一步地，還包括有計(jì)算機(jī)、脈沖發(fā)生器、線陣半導(dǎo)體激光器和調(diào)制器，計(jì)算機(jī)的控制輸出通過延時(shí)電路連接CCD攝像機(jī)，計(jì)算機(jī)的控制輸出還與脈沖發(fā)生器相連，脈沖發(fā)生器的輸出分別與CCD攝像機(jī)和線陣半導(dǎo)體激光器相連，線陣半導(dǎo)體激光器發(fā)射的線激光陣進(jìn)入調(diào)制器進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后的線激光陣通過激光發(fā)射頭垂直照明到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部側(cè)面，CCD攝像機(jī)捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)尾部線陣輪廓圖，并將獲得的圖像通過圖像采集卡上傳至計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的激光發(fā)射頭共面，CCD攝像機(jī)共面，且激光發(fā)射頭平面與CCD攝像機(jī)平面平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的CCD攝像機(jī)上設(shè)有光學(xué)衰減片和光學(xué)濾波片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的線陣半導(dǎo)體激光器的功率為1W。
5.如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器視覺的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:利用三角測(cè)量原理，事先獲得特征點(diǎn)在CCD攝像機(jī)成像的圖像，即圖像坐標(biāo)系的關(guān)系，再利用特征點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置關(guān)系，求出世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系式； 52:獲取圖像，打開線陣半導(dǎo)體激光器，兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別捕獲圖像，CCD攝像機(jī)獲得的圖像包括尾部火焰圖和輪廓圖； 53:消除背景光，采用激光鎖定成像從強(qiáng)光中獲取輪廓圖:在調(diào)制頻率的一個(gè)周期內(nèi)取若干幅圖像，和存貯在計(jì)算機(jī)中的正弦信號(hào)進(jìn)行乘法和低通濾波器運(yùn)算，將背景光的灰度濾除，只保留激光灰度信號(hào)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓圖像； 54:圖像預(yù)處理，對(duì)S3得到的發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓圖像進(jìn)行濾波、平滑和細(xì)化處理，得到單像素輪廓圖像； 55:輪廓校正，利用世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系式，由激光光帶圖像坐標(biāo)系統(tǒng)反推世界坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)圖像，從而獲得被測(cè)物體的三維信息； 56:圖像融合，將兩個(gè)CCD攝像機(jī)獲得的圖像進(jìn)行融合，即得飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部180度輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部輪廓測(cè)量方法，其特征在于，所述的步驟S3中消除背景光的具體過程包括以下子步驟: S31:設(shè)CCD攝像機(jī)所采集的連續(xù)圖像的灰度信號(hào)函數(shù)為:
G(m) = Gb (m) +Gl (m) (I) 其中，GB(m)為目標(biāo)所散射的背景光的圖像灰度，Gl(m)為目標(biāo)所散射的激光的圖像灰度； 對(duì)于正弦調(diào)制激光，有:
Gl (m) = Glo (1+ ξ sin (ω Δ tm+ Φ)) (2) 其中，和Φ為常數(shù)，ξ表示調(diào)制度，ω表示調(diào)制角頻率，At為兩幅圖像之間的時(shí)間差； S32:進(jìn)行乘法運(yùn)算:
G:VI (m) (G/#(m) + G, ()(1 + c sin( wmAi + φ))) xsin( wmAi)
=(0Η(π? + G/()) sin( wmAt) + 4 G,.0c(cos((zJ)+cosi 2 wmAt + ￠))(3): 設(shè):GB(m)是慢變化，經(jīng)過積分后: G丨=^GXi (m) χ ξΟΙ{)(οο^φ)/2(4)
m 經(jīng)過以上處理復(fù)雜背景灰度GM(m)被濾除，背景光灰度消失了，僅剩下目標(biāo)散射激光灰度信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01B11/245GK104296691SQ201410588260
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】余學(xué)才, 張行至, 余瑞華, 程小龍 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)