《複雜環境下高速多維運動目標位姿測量關鍵技術研究》是依託大連理工大學,由劉巍擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜環境下高速多維運動目標位姿測量關鍵技術研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉巍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面向航天、航空、航海、運載等領域中核心作業裝備安全運行對高速多維運動目標精確控制的迫切需求，研究基於機器視覺法的複雜環境下高速多維運動目標位姿測量難題，揭示惡劣服役環境中多約束條件與複雜影響因素對小型高速運動目標特徵成像的影響規律，提出僅蘊含位姿特徵的小型高速多維運動目標圖像採集方法，以獲取目標清晰圖像；研究基於視頻同步的複合靶標的大視場攝像機標定方法，實現攝像機現場高精度標定；建立基於四維時間流的高速多維運動目標特徵高效精準匹配方法，以解決小型目標在較大空間內高速運動時特徵點消隱等問題；研究基於先驗模型的高速多維運動目標位姿還原方法，建立多維運動目標位姿總體測量不確定度與測量環節誤差的敏度分析模型，以提高測量條件變化時系統的精度和魯棒性；構建高速多維運動目標位姿測量系統，驗證並完善目標位姿測量方法的可靠性和實用性。研究成果可為複雜服役環境下機械作業裝備安全高效運行提供實驗和技術支撐。
結題摘要
航空、航天等領域高端裝備運行過程中往往需對其高速運動部件的位置和姿態進行高精度測量，以確保系統安全可靠。而這類高速運動目標的多維位姿測量受強流場、低照度等複雜環境影響嚴重，且存在高動態測量、大量程內小目標高精測量、多維位姿高可靠測量等特點，導致其測量難度大。視覺測量技術雖優勢明顯，但易受複雜環境影響，導致精度低、環境適應性差。因此，本項目開展複雜環境下高速多維運動目標位姿的視覺測量技術的套用基礎研究，以期提升我國複雜服役環境下系統運動參數動態測量技術水平。 本項目以超高速飛行器風洞投放試驗目標為研究對象，突破了清晰圖像採集、微弱特徵精確提取、位姿可靠估算等目標位姿視覺測量瓶頸難題，形成了一套複雜環境下高速多維運動目標位姿視覺測量關鍵技術。針對低照度、強流場風洞環境導致的目標圖像質量差、特徵模糊的問題，提出了低照度環境下蘊含目標多維位姿信息的高信噪比序列圖像採集方法，獲得的目標圖像清晰、特徵明顯；針對風洞測量中視場大、光路介質折射率多變等導致成像畸變大、精度低的問題，提出了複雜環境下目標多折射成像模型，建立了基於分步標定的大視場攝像機標定方法，實現了測量系統高精度標定；針對序列圖像特徵信息少、干擾大等導致的目標特徵還原精度低的問題，提出了基於時空約束的高速運動目標序列圖像處理與多維位姿還原方法，實現了多維位姿快速高精度求取；研發出高速目標投放位姿測量系統，開展超音速風洞下高速多維運動目標位姿測量實驗研究，小型風洞模型位置測量精度優於0.103mm，俯仰和偏航角度精度優於0.107°，滾轉角度精度優於0.648°；大滾轉角類模型位置測量精度優於0.07mm，俯仰和偏航角度精度優於0.077°，滾轉角度精度優於0.207°，解決了系列超高速風洞模型的投放位姿測量難題，並在中航工業瀋陽空氣動力研究院獲得成功套用。本項目研究的複雜環境下高速多維運動目標位姿的視覺測量關鍵技術成果亦對其它複雜環境下裝備與系統狀態參量精密測量具有參考價值。
