用于風洞視覺測量系統(tǒng)標定的柔性標定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風洞實驗技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于風洞環(huán)境下視覺測量系統(tǒng)標定的柔 性標定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，國防科技對于各類飛行器提出了越來越 高的技術(shù)要求。風洞實驗為預測飛行器的氣動性能，獲取飛行器所需關(guān)鍵氣動數(shù)據(jù)提供了 重要的路徑。風洞環(huán)境復雜、氣流擾動大，使用常規(guī)的測量手段很難完成物體變形量、位姿 參數(shù)、動導數(shù)、振動量等的測量。視覺測量技術(shù)以動態(tài)測量、實時性強、非接觸等特點在風洞 實驗中顯現(xiàn)出了明顯的技術(shù)優(yōu)勢。相機參數(shù)標定時視覺測量過程中的第一步也是最重要的 一步?；诎袠说臉硕ㄊ窍鄼C標定的主要方法。為滿足飛行器的研制要求，需要在不同尺 寸大小風洞對各類飛行器采用視覺測量系統(tǒng)進行試驗研宄，而現(xiàn)有的靶標都是專項專用， 當更換不同實驗項目時，某些靶標不能很好的應用。因此，發(fā)明一種適用于風洞的柔性標定 裝置對于減少測量成本，提高我國飛行器設計制造水平具有重要意義。
[0003] 目前對于風洞環(huán)境中相機標定用靶標研宄相對較少，美國宇航局Thomas W. Jones 在第45屆AIAA航空航天科學會議中發(fā)表的《A Photogrammetric System for Model Attitude Measurement in Hypersonic Wind Tunnels·》提出了基于雙目視覺的模型位 姿（俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)）測量方法。采用安裝于風洞內(nèi)部模型支桿的三維臺階標定塊充滿 整個測量視場進行像機標定。荷蘭代爾夫特大學的Dinesh Kalpoe在SPIE會議上發(fā)表的 ((Vibration measurement of a model wind turbine using high speed photo gramme try)) 利用雙目視覺結(jié)合標志點測量風力渦輪機葉片的振動量，標定采用I. 5X1. 5m的十字型靶 標進行像機的標定。這兩種方案都能很好的進行風洞環(huán)境下攝像機的標定，但是三維標定 塊尺寸小，在大視場測量時標定的相機的精度比較低。十字形靶標尺寸大，在小視場內(nèi)不易 安裝，并且相機標定精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明了一種用于風洞視覺測量 系統(tǒng)標定的柔性標定裝置，根據(jù)不同尺寸風洞環(huán)境下不同型號實驗要求，采用四個標定尺 與標定板裝配組成的復合式柔性靶標，解決了使用標定板標定加工精度低和標定校準精度 低的問題。此外，標定時靶標安裝于支架上，并采用球鉸副控制靶標運動，降低了手持晃動 帶來的干擾。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于風洞視覺測量系統(tǒng)標定的柔性標定裝置，其特 征是，標定裝置由柔性靶標和靶標運動控制器組成；
[0006] 在柔性靶標中，在標定板1的四個側(cè)面分別加工有一個凹槽，每個凹槽的側(cè)邊為 凸起的兩個矩形塊，兩個矩形塊關(guān)于側(cè)面中心對稱，矩形塊之間的間距與4根標定尺2、3、 4、5的寬度相等；兩個矩形塊上開有螺紋孔和通孔，兩孔貫穿兩矩形塊；標定板1正面為標 定面，用于布置標定相機的標定控制點8 ;標定板1背面開有方形槽，方形槽底面加工有四 個具有一定深度的螺紋孔；標定尺有四根，分別為上、下、左、右標定尺4、5、2、3,四根標定 尺中每一根的一端側(cè)面都加工一個螺紋孔和一個通孔，通過定位銷6和螺栓7分別將上、 下、左、右標定尺4、5、2、3安裝到標定板1的上、下、左、右凹槽口中，用于標定相機的標定控 制點8分別均勻布置在標定板1和上、下、左、右標定尺4、5、2、3上；
[0007] 在靶標運動控制器中，圓柱桿11為兩端帶有螺紋的圓形桿件，將圓柱桿11 一端安 裝在圓形法蘭板10中心，圓柱桿11另一端安裝有金屬圓球12,金屬圓球12與轉(zhuǎn)接座14以 球鉸副連接，通過緊定螺釘13將金屬圓球12固定安裝在轉(zhuǎn)接座14上，轉(zhuǎn)接座14安裝在支 架15上；圓形法蘭板10上加工有四個圓孔，四個圓孔分布于同一圓周上，圓形法蘭板10中 心加工有螺紋通孔；圓形法蘭板10通過四個內(nèi)六角螺栓9固定在標定板1上，即將靶標運 動控制器與柔性靶標裝配連接在一起。標定時根據(jù)測量要求設計基于不同組合方式的柔性 靶標，調(diào)節(jié)支架15的位置使整個靶標充滿測量視場利用標定控制點8之間的約束關(guān)系標定 相機。
[0008] 本發(fā)明的有益結(jié)果是，利用柔性標定裝置實現(xiàn)了風洞中不同測量視場下視覺測量 系統(tǒng)高精度標定。解決了大尺寸標定板加工精度低、加工成本高以及十字標定架標定精度 低等問題。本發(fā)明的柔性標定裝置結(jié)構(gòu)簡單、便攜、拆卸方便。
【附圖說明】
[0009] 圖1為風洞視覺測量系統(tǒng)標定裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2為風洞視覺測量系統(tǒng)標定裝 置后視圖，圖3為圖2中標定裝置局部區(qū)域放大圖，圖4為風洞模型變形測量用靶標，圖5 為風洞模型位姿測量用靶標。
[0010] 其中，1-標定板，2-左標定尺，3-右標定尺，4-上標定尺，5-下標定尺，6-定位銷， 7_鉸制孔螺栓，8-標定控制點，9-內(nèi)六角螺栓，10-圓形法蘭板，11-圓柱桿，12-金屬圓球， 13-緊定螺釘，14-轉(zhuǎn)接座，15-支架。
【具體實施方式】
[0011] 以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。在風洞視覺測量系統(tǒng) 標定時可根據(jù)具體應用場合將上、下、左、右標定尺4、5、2、3與標定板1任意組裝以滿足標 定精度要求，通過在標定尺4、5、2、3與標定板1上布置標定控制點8完成標定。本發(fā)明結(jié) 合風洞實際測量需求，采用視覺系統(tǒng)對風洞環(huán)境下飛行器模型變形以及運動位姿參數(shù)進行 測量。利用本發(fā)明的柔性標定裝置進行視覺系統(tǒng)標定，在標定風洞測量系統(tǒng)相機時，首先根 據(jù)風洞測量要求選取不同的柔性靶標組件裝配組成柔性靶標。然后將靶標運動控制器與柔 性靶標裝配連接，調(diào)節(jié)靶標運動控制器中金屬圓球12與轉(zhuǎn)接座14之間的相對關(guān)系，使柔性 靶標在空間中處于不同位置。調(diào)節(jié)好后利用緊定螺釘13將位置鎖死，以便相機采集柔性靶 標圖片。最后利用相機采集的不同位置靶標圖像完成內(nèi)外參數(shù)的標定。本發(fā)明的柔性標定 裝置在多種測量環(huán)境下可組合使用。以下結(jié)合兩個實施例對本發(fā)明的標定裝置進行詳細說 明。
[0012] 實施例一：
[0013] 利用本發(fā)明中心標定板1對模型變形測量用視覺系統(tǒng)進行標定。在進行模型變形 量測量時，風洞模型尺寸為300mmX250mm，標定視場為300mmX250mm。視場大小適中，綜 合考慮成本與加工難度，本發(fā)明采用柔性靶標內(nèi)標定板1作為靶標進行視覺測量系統(tǒng)的標 定，如附圖4所示，區(qū)域大小為300mmX 300mm。為了提高標定精度使祀標覆蓋整個視場，利 用四個內(nèi)六角螺栓9將柔性靶標標定板1與圓形法蘭板10緊固在一起，標定時在標定板1 上面設置標定控制點8,將柔性靶標在空間擺放多個位置。利用多幅靶標圖像結(jié)合標定算法 標定視覺測量系統(tǒng)，標定的相機內(nèi)外參數(shù)如下：
[0014] 表1變形測量祀標標定相機內(nèi)外參數(shù)
[0015]
【主權(quán)項】
1. 一種用于風洞視覺測量系統(tǒng)標定的柔性標定裝置，其特征是，標定裝置由柔性靶標 和靶標運動控制器組成； 在柔性靶標中，在標定板（1)的四個側(cè)面分別加工有一個凹槽，每個凹槽的側(cè)邊為凸 起的兩個矩形塊，兩個矩形塊關(guān)于側(cè)面中心對稱，矩形塊之間的間距與（4)根標定尺（2)、 (3)、（4)、（5)的寬度相等；兩個矩形塊上開有螺紋孔和通孔，兩孔貫穿兩矩形塊；標定板 (1)正面為標定面，用于布置標定相機的標定控制點（8);標定板（1)背面開有方形槽，方形 槽底面加工有四個具有一定深度的螺紋孔；標定尺有四根，分別為上、下、左、右標定尺（4、 5、2、3)，四根標定尺中每一根的一端側(cè)面都加工一個螺紋孔和一個通孔，通過定位銷（6) 和螺栓（7)分別將上、下、左、右標定尺（4、5、2、3)安裝到標定板（1)的上、下、左、右凹槽口 中，用于標定相機的標定控制點（8)分別均勻布置在標定板（1)和上、下、左、右標定尺（4、 5、2、3)上； 在靶標運動控制器中，圓柱桿（11)為兩端帶有螺紋的圓形桿件，將圓柱桿（11) 一端安 裝在圓形法蘭板（10)中心，圓柱桿（11)另一端安裝有金屬圓球（12)，金屬圓球（12)與轉(zhuǎn) 接座（14)以球鉸副連接，通過緊定螺釘（13)將金屬圓球（12)固定安裝在轉(zhuǎn)接座（14)上， 轉(zhuǎn)接座（14)安裝在支架（15)上；圓形法蘭板（10)上加工有四個圓孔，四個圓孔分布于同 一圓周上，圓形法蘭板（10)中心加工有螺紋通孔；圓形法蘭板（10)通過四個內(nèi)六角螺栓 (9)固定在標定板（1)上，即將靶標運動控制器與柔性靶標裝配連接在一起。
【專利摘要】本發(fā)明一種用于風洞視覺測量系統(tǒng)標定的柔性標定裝置屬于計算機視覺領(lǐng)域，涉及一種風洞環(huán)境下校準視覺測量系統(tǒng)的標定裝置。該標定裝置由柔性靶標、靶標位置控制器組成，在柔性靶標中，在標定板的4個側(cè)面分別加工有一個凹槽，每個凹槽的側(cè)邊為凸起的兩個矩形塊，兩個矩形塊關(guān)于側(cè)面中心對稱，標定尺有四根。靶標位置控制器中，圓形法蘭板通過四個內(nèi)六角螺栓固定在標定板上，即將靶標運動控制器與柔性靶標裝配連接在一起。該柔性標定裝置成本低、簡單、便攜、易于拆卸，解決了大標定板標定加工精度低以及采用標定十字架標定校準精度低等問題。標定時，靶標安裝于支架上，并采用球鉸副控制靶標運動，降低了手持晃動帶來的干擾。
【IPC分類】G01C25-00
【公開號】CN104776861
【申請?zhí)枴緾N201510176324
【發(fā)明人】劉巍, 李肖, 賈振元, 陳玲, 馬鑫, 劉惟肖
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月15日