基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)及測量方法，涉及直升機旋翼錐體測量領域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的對直升機旋翼錐體的測量存在測量難度大和測量精度低的問題。本發(fā)明所述的磁轉速傳感器輸出端連接信號調理模塊輸入端，信號調理模塊輸出端連接PC104微處理器輸入端，PC104微處理器輸出端連接工業(yè)攝像機輸入端，信號調理模塊輸出端連接工業(yè)攝像機輸入端，工業(yè)攝像機輸出端連接PC104微處理器輸入端，信號調理模塊輸出端連接LED頻閃燈輸入端。它可用于對直升機旋翼椎體的測量。
【專利說明】基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)及測量方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)及測量方法。屬于直升機旋翼錐體測量領域。

【背景技術】
[0002]直升機旋翼是直升機的重要組成部分之一，直接關系到直升機飛行過程中的動力穩(wěn)定性及振動水平。而直升機旋翼槳尖的運動軌跡(旋翼錐體)是影響旋翼工作狀態(tài)的主要參數(shù)。直升機旋翼工作狀態(tài)的監(jiān)測與調整方法一直是國內外相關學者的研究重點。雖然旋翼在制造過程中進行了嚴格的材料、工藝、工裝等生產質量控制，但仍難以保證各槳葉特性的一致，這種不一致將會直接影響直升機飛行性能，尤其是直升機在高速飛行時影響更為明顯，甚至會造成機毀人亡。據(jù)了解，俄羅斯生產的直升機振動較大，這與其在制造過程中的工藝、材料及是否采用了隔震和減震措施有關，而且未采用先進的測量儀器對直升機的旋翼錐體進行測量，從而根據(jù)測量數(shù)據(jù)得到直升機旋翼最佳的調整方案及減震措施。由于我國直升機制造領域長期依賴俄羅斯技術，這使得我國直升機也普遍存在以上問題。目前我國常用的直升機旋翼錐體測量方法有打紙筒法、頻閃燈肉眼觀察法、光學軌跡傳感器(UTD)法。1950年發(fā)明了打紙筒法測量旋翼錐體，該方法技術原理簡單、成本低，但只能在地面進行測量，誤差約6mm左右，并且只能得到旋翼旋轉一圈的共錐度值，到目前為止，我國仍在使用該方法；頻閃燈方法具有操作簡單、測量速度快等優(yōu)點，但該方法通過操作者對旋翼共錐度進行肉眼估算，測量結果含有主觀因素；光學軌跡傳感器法是目前國內外普遍采用的方法，具有代表性的儀器有美國Scientific Atlanta公司研發(fā)的RADS測量儀，其測量誤差約1mm。為了解決我國直升機旋翼錐測量長期依賴國外設備的問題，我國相關研究機構采用激光法、視頻采集法等對直升機旋翼錐體進行測量，取得了一定的成果，測量誤差約
1.5mm。本文在此基礎上，提出一種新的基于圖像處理技術的可視化、非接觸直升機旋翼錐體測量方法，并進行了地面模擬實驗。該方法不僅可得到旋翼共錐度值，而且可實時掌握旋翼錐體運動狀態(tài)，從而得到最佳的旋翼調整方案及減震措施。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的對直升機旋翼錐體的測量存在測量難度大和測量精度低的問題?，F(xiàn)提供基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)及測量方法。
[0004]基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)，它包括工業(yè)攝像機、磁轉速傳感器、信號調理模塊、PC104微處理器和LED頻閃燈，
[0005]磁轉速傳感器的轉速信號輸出端連接信號調理模塊的轉速信號輸入端，所述磁轉速傳感器用于檢測直升機旋翼的轉速信號，信號調理模塊的串口信號輸出端連接PC104微處理器的串口信號輸入端，PC104微處理器的數(shù)據(jù)信號輸出端連接工業(yè)攝像機的數(shù)據(jù)信號輸入端，
[0006]信號調理模塊的倍頻信號輸出端連接工業(yè)攝像機的倍頻信號輸入端，工業(yè)攝像機的圖像處理信號輸出端連接PC104微處理器的圖像處理信號輸入端，信號調理模塊的倍頻信號輸出端連接LED頻閃燈的倍頻信號輸入端。
[0007]基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，所述方法為:
[0008]磁轉速傳感器安裝在直升機自動傾斜器上，直升機基準槳葉漿尖位置貼有矩形反光靶標，被測槳葉漿尖位置貼有尺寸已知的圓形靶標，直升機槳轂每轉一圈輸出一個尖峰脈沖，尖峰脈沖通過信號調理模塊進行整形、濾波、放大后，計算得出旋翼轉速為V1，然后根據(jù)槳葉數(shù)量對信號進行信號頻率的倍頻，將倍頻的頻率信號作為頻閃燈及工業(yè)攝像機的觸發(fā)信號，當每片槳葉進入工業(yè)攝像機視場時，頻閃燈亮起，攝像機拍攝一幅照片后，頻閃燈滅，從而增大靶標對比，將得到的圖像數(shù)據(jù)通過USB傳送至PC104微處理器，當拍攝的照片達到設定值時，在PC104微處理器中將得到的圖像進行圖像處理，計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度。
[0009]基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，根據(jù)槳葉數(shù)量對信號進行信號頻率的倍頻的過程為:
[0010]根據(jù)公式:
[0011]fs = a/v!
[0012]獲得倍頻信號頻率fs，a為槳葉數(shù)量。
[0013]基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，在PC104微處理器中將得到的圖像進行圖像處理，計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度的過程為:
[0014]在PC104微處理器中采用二值化分割算法獲得二值化閾值、采用邊緣檢測算法獲得中心像素坐標和采用靶標判別算法獲得圓形靶標圖像的真圓度和矩形靶標圖像的真圓度，最終以反光靶標作為零點，得到三個被測靶標高度差，從而得到旋翼共錐度值。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明采用工業(yè)攝像機、磁轉速傳感器、信號調理模塊、PC104微處理器和LED頻閃燈組成的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)，磁轉速傳感器安裝在直升機自動傾斜器上，直升機基準槳葉漿尖位置貼有矩形反光靶標，被測槳葉漿尖位置貼有尺寸已知的圓形靶標，直升機槳轂每轉一圈輸出一個尖峰脈沖通過信號調理模塊進行整形、濾波、放大后，當每片獎葉進入工業(yè)攝像機視場時，頻閃燈売起，攝像機拍攝一幅照片后，頻閃燈滅，從而增大靶標對比，將得到的圖像數(shù)據(jù)通過USB傳送至PC104微處理器，通過PC104微處理器進行圖像處理，在PC104微處理器中采用二值化分割算法、邊緣檢測算法和靶標判別算法最終以反光靶標作為零點，得到三個被測靶標高度差，從而得到旋翼共錐度值。計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度。采用該系統(tǒng)容易獲得對直升機旋翼錐體的測量，并且同比現(xiàn)有系統(tǒng)的測量精度高5倍以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為【具體實施方式】一所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)，它包括工業(yè)攝像機1、磁轉速傳感器3、信號調理模塊4、PC104微處理器5和LED頻閃燈2，
[0018]磁轉速傳感器3的轉速信號輸出端連接信號調理模塊4的轉速信號輸入端，所述磁轉速傳感器3用于檢測直升機旋翼的轉速信號，信號調理模塊4的串口信號輸出端連接PC104微處理器5的串口信號輸入端，PC104微處理器5的數(shù)據(jù)信號輸出端連接工業(yè)攝像機I的數(shù)據(jù)信號輸入端，
[0019]信號調理模塊4的倍頻信號輸出端連接工業(yè)攝像機I的倍頻信號輸入端，工業(yè)攝像機I的圖像處理信號輸出端連接PC104微處理器5的圖像處理信號輸入端，信號調理模塊4的倍頻信號輸出端連接LED頻閃燈2的倍頻信號輸入端。
[0020]【具體實施方式】二:本實施方式為【具體實施方式】一所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，所述方法為:
[0021]磁轉速傳感器3安裝在直升機自動傾斜器上，直升機基準槳葉漿尖位置貼有矩形反光靶標，被測槳葉漿尖位置貼有尺寸已知的圓形靶標，直升機槳轂每轉一圈輸出一個尖峰脈沖，尖峰脈沖通過信號調理模塊4進行整形、濾波、放大后，計算得出旋翼轉速為V1，然后根據(jù)槳葉數(shù)量對信號進行信號頻率的倍頻，將倍頻的頻率信號作為頻閃燈及工業(yè)攝像機I的觸發(fā)?目號，當每片獎葉進入工業(yè)攝像機I視場時，頻閃燈売起，攝像機拍攝一幅照片后，頻閃燈滅，從而增大靶標對比，將得到的圖像數(shù)據(jù)通過USB傳送至PC104微處理器5，當拍攝的照片達到設定值時，在PC104微處理器5中將得到的圖像進行圖像處理，計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度。
[0022]本實施方式中，采用工業(yè)攝像機拍攝得到直升機旋翼旋轉過程中粘貼在旋翼槳尖位置的靶標圖像，經過計算靶標中亮點像素數(shù)量后得到靶標像素尺寸，將靶標實際尺寸與靶標像素尺寸的比值稱為比例尺，表示單位像素代表的毫米數(shù)(毫米/像素)，用K表示。假設被測直升機槳葉數(shù)量為4片，其中3片槳葉為被測槳葉，貼有圓形靶標，I片槳葉為基準槳葉，貼有矩形靶標，系統(tǒng)經過圖像采集和處理后得到一組槳葉靶標圖像。一個基準槳葉圓形靶標，以基準靶標中心為原點建立一個坐標軸，得到三個被測靶標像素高度差分別為Χι，χ3，X4，假設系統(tǒng)比例尺為K，那么三個被測靶標相對于基準靶標的高度差分別為Kx1, Kx3, Kx4,單位為毫米，從而得出旋翼共錐度值。
[0023]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】二所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法的不同點在于，根據(jù)槳葉數(shù)量對信號進行信號頻率的倍頻的過程為:
[0024]根據(jù)公式:
[0025]fs = a/v!
[0026]獲得倍頻信號頻率fs，a為槳葉的數(shù)量。
[0027]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】二所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法的不同點在于，在PC104微處理器5中將得到的圖像進行圖像處理，計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度的過程為:
[0028]在PC104微處理器5中采用二值化分割算法獲得二值化閾值、采用邊緣檢測算法獲得中心像素坐標和采用靶標判別算法獲得圓形靶標圖像的真圓度和矩形靶標圖像的真圓度，最終以反光靶標作為零點，得到三個被測靶標高度差，從而得到旋翼共錐度值。
[0029]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】四所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法的不同點在于，采用二值化分割算法獲得二值化閾值的過程為:
[0030]設Xi為靶標圖像中灰度值為i的個數(shù)，根據(jù)公式:

【權利要求】
1.基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)，其特征在于，它包括工業(yè)攝像機(I)、磁轉速傳感器(3)、信號調理模塊(4)、PC104微處理器(5)和LED頻閃燈(2)， 磁轉速傳感器(3)的轉速信號輸出端連接信號調理模塊(4)的轉速信號輸入端，所述磁轉速傳感器(3)用于檢測直升機旋翼的轉速信號，信號調理模塊(4)的串口信號輸出端連接PC104微處理器(5)的串口信號輸入端，PC104微處理器(5)的數(shù)據(jù)信號輸出端連接工業(yè)攝像機(I)的數(shù)據(jù)信號輸入端， 信號調理模塊(4)的倍頻信號輸出端連接工業(yè)攝像機(I)的倍頻信號輸入端，工業(yè)攝像機(I)的圖像處理信號輸出端連接PC104微處理器(5)的圖像處理信號輸入端，信號調理模塊⑷的倍頻信號輸出端連接LED頻閃燈⑵的倍頻信號輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，其特征在于，所述方法為: 磁轉速傳感器(3)安裝在直升機自動傾斜器上，直升機基準槳葉漿尖位置貼有矩形反光靶標，被測槳葉漿尖位置貼有尺寸已知的圓形靶標，直升機槳轂每轉一圈輸出一個尖峰脈沖，尖峰脈沖通過信號調理模塊(4)進行整形、濾波、放大后，計算得出旋翼轉速為V1,然后根據(jù)槳葉數(shù)量對信號進行信號頻率的倍頻，將倍頻的頻率信號作為頻閃燈及工業(yè)攝像機(I)的觸發(fā)信號，當每片槳葉進入工業(yè)攝像機(I)視場時，頻閃燈亮起，攝像機拍攝一幅照片后，頻閃燈滅，從而增大靶標對比，將得到的圖像數(shù)據(jù)通過USB傳送至PC104微處理器(5)，當拍攝的照片達到設定值時，在PC104微處理器(5)中將得到的圖像進行圖像處理，計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，其特征在于，根據(jù)槳葉數(shù)量對信號進行信號頻率的倍頻的過程為: 根據(jù)公式: fs = a、 獲得倍頻信號頻率fs，a為槳葉數(shù)量。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，其特征在于，在PC104微處理器(5)中將得到的圖像進行圖像處理，計算出被測槳葉與基準槳葉間的高度差，從而得到旋翼的共錐度的過程為: 在PC104微處理器(5)中采用二值化分割算法獲得二值化閾值、采用邊緣檢測算法獲得中心像素坐標和采用靶標判別算法獲得圓形靶標圖像的真圓度和矩形靶標圖像的真圓度，最終以反光靶標作為零點，得到三個被測靶標高度差，從而得到旋翼共錐度值。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，其特征在于， 采用二值化分割算法獲得二值化閾值的過程為: 設Xi為靶標圖像中灰度值為i的個數(shù)，根據(jù)公式:
獲得圖像像素數(shù)N，n、i均為正整數(shù)， 根據(jù)圖像像素數(shù)N，計算靶標圖像中灰度值為i出現(xiàn)的概率Pi為:
Pi = Xi/N以灰度值t為閾值將靶標圖像中的灰度值劃分為G1和G2，G1和G2出現(xiàn)的概率分別為 ω2，平均灰度級分別為μ1Λ μ2， ω χ = ω (t) ω2 = 1-ω (t)
其中，μ T(t) = μ (η-1) X μ (t) , CO1X μ Jco2X μ 2 = μ τ, SG1和G2的方差分別為OpO 2,獲得類內方差和類間方差為:
Ob = ω j σ j+ ω 2 σ 2
Ot= ωιω2(μ 2-μ J2 總體方差為:
O = O , + O +
wb t 設公式:
根據(jù)計算Y、n、K獲得最佳閾值t。
6.根據(jù)權利要求4所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，其特征在于，采用邊緣檢測算法獲得中心像素坐標的過程為: 設革巴標邊緣點的像素坐標為Q1, ji)......(in, jn)， 根據(jù)公式:
獲得靶標中心像素坐標(i。，jc)，n、m、c均為正整數(shù)。
7.根據(jù)權利要求4所述的基于圖像處理技術的直升機旋翼錐體測量系統(tǒng)實現(xiàn)的測量方法，其特征在于，采用靶標判別算法獲得圓形靶標圖像的真圓度和矩形靶標圖像的真圓度的過程為: 設拍攝得到的圓形靶標的面積為S。= πι.2，周長為C。= 2π ，根據(jù)公式:
獲得圓形靶標圖像的真圓度， 設拍攝得到的矩形靶標兩條臨邊長邊長為a、b，矩形靶標的面積Sk = ab，周長Ck =2a+2b，根據(jù)公式:
獲得矩形靶標圖像的真圓度。
【文檔編號】G01B11/24GK104197855SQ201410411794
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】羅毅, 楊昆, 商春雪, 楊純保 申請人:云南師范大學