基于全景视觉的直升机旋翼共锥度测量系统标定技术研究

摘要

全景视觉成像系统能够达到大于半球视场的成像范围，且相机关于对称轴的旋转不会对场景造成很大的影响，它的优良特性被广泛应用到机器人导航、三维重建、视觉监控、虚拟漫游和视觉测量等诸多领域，是近年来的研究热点之一。然而全景视觉系统拍摄得到的大视野图像是以图像畸变为代价的，畸变产生的原因很多，包括全景的结构设计、镜面参数的选择和相机性能参数等。为了得到直观的图像或是场景重建，需要建立一个模型完整的估计像素上的点和空间中的点一一对应关系，这是相机从二维图像获取三维信息所必不可少的步骤，称之为标定。本文主要研究将全景视觉应用到直升机旋翼共锥度测量中时所需要采用的标定方法，并在标定的基础上对旋翼锥度值进行测量。主要从以下几方面进行说明：
　　 首先对全景视觉成像系统的发展、应用和国内外的研究现状进行了说明，其中折反射全景视觉系统是应用最为广泛的全景视觉模式，为了方便后续标定、测量和研究的进行，本文对折反射全景视觉系统模型进行了主要介绍，目前主要有透视模型，径向失真模型和球面投影模型，其中球面投影模型经提出后不断完善，被证明不仅适应于单视点折反射成像系统，对于非单视点成像的鱼眼镜头也可以用这一模型解释。再结合本次论文的研究背景，对直升机旋翼共锥度已有的测量方法进行了介绍。
　　 然后在折反射成像系统的球面投影模型的基础上提出了一种标定方法，这一方法灵活易行，但是主要是针对单视点全景系统的标定。同时给出了一种基于任意图像的标定方法，这一方法对系统的单视点约束不做要求，可以分别估计出镜面参数和相对相机的位置关系，但是基于这种方法对直升机进行测量的话需要对系统有很强的约束，因此虽然易于标定但是不易于测量。因此主要提出了一种根据单视点的标定原理对直升机旋翼共锥度进行测量的方法。这一方法仿照球面投影的标定原理，通过在旋翼上粘贴标定块，进而可以对旋翼的锥度差进行测量。
　　 最后经过对两种标定方法的比较和旋翼测量原理的说明，选择基于球面投影模型的标定方法作为本次实验的研究内容。同时根据新提出来的在旋翼上粘贴标定块的方法来对旋翼桨叶在零锥度时的平面进行标定，根据这一标定结果可以确定旋翼系统与全景系统的相对位置关系，根据这一相对位置关系的转换可以解得旋翼的锥度差不为零时的值，并对测量结果按照激光测量得到的数值进行验证，最后证明基于这一标定方法和侧量方法可以得到满意的结果。