卫星结构件常压热变形的数字摄影测量

针对卫星光学系统在轨工作时机上相机和星敏感器受温度影响其相互间夹角会出现变化而影响相机指向精度的问题,利用数字摄影测量方法在试验室常温常压环境下对结构件进行了热变形测量试验。通过拍摄组合体结构件上相机和星敏器的特定表面标志点,计算了坐标值,拟合了光轴矢量。以相机之一为基准计算法线矢量差和不同工况下矢量差的变化,即夹角在各工况下的变形量。试验按照试件温度状态分为4个工况、20个子工况。测量结果显示最大变形量为227.9″,测量精度优于13.9″;与有限元分析比对,两者在各子工况的变化趋势一致,均方值为30.4″。得到的结果表明,通过用合理选择拍摄位置、剔除粗大误差以及将编码标志点作为公共点进行坐标系转换等方法,可以提高数字摄影测量系统的测量精度,满足卫星结构件热变形测量的需求。     

热变形摄影测量相机防护方法

为了保证高精度星载天线的在轨性能,在其研制阶段需要进行热变形测量试验,试验过程中测量设备在高低温环境中的防护问题一直以来都是热变形测量研究的重点。基于热变形自动摄影测量的方式,区别于传统的真空测量环境,设计提出了一种适用于常压高低温环境的测量相机防护方法,采用相机防护罐与高透石英玻璃整体组成正压密闭防护结构,配合温度、压力传感器,通过自动调节控制系统由冷热气体设备对常压高低温环境下测量相机的温度进行控制,维持稳定的正常工作温度,保证其高精度测量环境。理论分析结果证明了该相机防护设计方法的合理性和有效性,实践结果表明提出的测量相机防护方法满足在高温100℃和低温–70℃下相机温度维持(20±10)℃的正常工作温度的能力。     

基于LSTM网络模型的航天器热变形预测

针对在轨航天器结构热变形问题,提出了一种基于贝叶斯优化的长短期记忆(LSTM)网络预测方法。结合航天器在轨温度测量数据和有限元模型仿真数据,完成了温度测点选取、 LSTM网络模型结构设计、模型训练及热变形预测过程算法实现。实现了较少温度测点为输入下的航天器结构热变形预测。通过多组实验算例结果对比,验证了所提出的LSTM网络模型及其超参数优化方法适用于在轨航天器热变形预测,可以达到的最小均方误差为0.0634。     

影像测量系统中运动干扰图像的复原方法研究

影像测量系统的精度很大程度上取决于采集到的图像质量.在用摄像机获取待测工件图像时,由于运动控制系统或其他原因引起的扰动,在相机曝光期间使待测工件和摄像机之间存在相对运动,这将导致摄得的图像发生运动模糊,从而影响图像处理和测量的精度.文章研究图像的运动模糊机理以及采用Wiener滤波方法对模糊图像进行了复原试验.     

大型可展开天线型面热变形近景摄影测量

为确保高精度可展开天线的在轨性能,验证设计、材料和工艺的可靠性,提出采用数字近景摄影测量技术在地面模拟环境下对可展开天线型面进行热变形测试。设计了人工测量与自动测量两种方案,主要采取了高低温环境下相机防护、耐高低温测量标志和极低膨胀长度基准尺等措施保证了大温差极端环境下的测量实施。结果表明,天线型面精度随温度的变化而变化,且三个测量循环的变化规律较为一致,均在+60℃温度节点时型面精度最差,其均方根误差(RMS)最大值达到了0.220mm(人工测量),但也满足了天线型面精度小于0.5 mm的技术设计指标要求。对于40℃和80℃的温差时,人工测量型面变形量的RMS分别为0.045 mm和0.083 mm,也分别满足了其天线型面变形量技术设计指标0.100 mm和0.150 mm的要求。同时验证了自动测量与人工测量测量结果的一致性,均能满足测量技术设计指标的要求,为高低温测量试验的自动化实现提供了一种可拓展性思路。     

大型抽油机全尺寸变形快速检测新方法

针对油田大型抽油机全尺寸和变形应变检测复杂和困难这一问题,采用了源于摄影测量技术的新方法。摄影测量原理为此方法的核心理论,先将各个标定点固定于抽油机的关键部位,其次使用高像素相机拍摄抽油机的各个方位,再运用摄影测量系统对相机拍摄的照片进行信息的处理。在系统中对照片中的标定点进行定位与识别,将多张照片信息进行重组,生成抽油机的三维点云模型,根据两点之间的距离即可对抽油机的尺寸进行实时测量。利用摄影测量系统对抽油机进行实地测量,并将抽油机模型进行建模,对抽油机处于不同状态进行有限元分析,进行尺寸精度与变形应变精度的实验验证。为油田抽油机在恶劣环境下增加使用寿命提供有效检测方法。     

单台相机三坐标测量的一种新方法

按照常规摄影测量,如果仅使用一台相机而要获取点的三维坐标则至少需要在两个不同的位置进行摄影。这里则提出了利用单台相机仅拍摄单张像片来获取点的三维坐标的测量方法:借助一根带有3个以上已知标志点的辅助测量棒,利用共线方程和辅助测量棒上3个以上标志点先建立测棒坐标系与摄影测量坐标系的转换关系,再通过坐标转换即可得到辅助测量棒测头(所接触的待测点)在测量坐标系中的坐标。另外,通过试验验证了此单台相机测量原理及所达到的相关精度。     

三线阵测绘相机热光学试验交会角测试系统

对三线阵测绘相机热光学试验交会角测试系统进行了研究,设计了试验测试系统,研究了交会角的测量方法,提出空间交会角测量方法即定量检测法。详细地阐述了针对测绘相机热光学试验热真空试验设备和光学测量场等测试系统要求,特别是平行光管的改造和特种分划板的要求。同时,描述了三线阵测绘相机热光学试验前的需准备工作。利用Labview软件编制数据采集系统,采用定量测量法对三线阵测绘相机交会角进行了测量。结果表明,测试相机在工况转变后交会角的变化在1″的范围内。综合来看,该测量方法可以准确得到相机交会角的变化量,测量数据对三线阵立体测绘相机在轨测量及地面影像分析提供了可靠的分析依据     

航天器太阳电池阵热-结构分析研究进展

太阳电池阵作为航天器的主要附件,在轨运行期间经历冷热交变的复杂热环境,在结构内部产生随时间变化的温度梯度,导致结构的热变形和热致振动,对航天器的正常运行产生重要影响。文中从航天器在轨运行空间热环境分析出发,综述了太阳电池阵的热分析、结构单元热-结构分析和热稳定性分析的研究进展,探讨了太阳电池阵热-结构分析的未来发展方向。     

自然场景中近景摄影测量相机的自标定方法

提出了一种高精度的相机自标定方法,用于可见光下大型自然景物的摄影测量和重建。首先,用测量相机拍摄景物的交会图像并通过SURF (speeded up robust features)算法获取图像特征点;其次,使用五点法对各图像进行相对定位定向,并通过随机抽样一致获得最佳定向结果;再次,结合特征描述的相似性和极线约束匹配特征点;最后,使用自标定光束平差技术对相机的内方位参数、图像外方位参数和空间特征点坐标进行最优化。实验结果表明,本方法可以取得同实验室环境下非常接近的相机标定结果。本方法不需要布置人工标志点,利用场景的自然特征即可实现相机的高精度标定,同时可以获得高精度的场景重建结果,适用于大尺寸自然景物的三维高精度重建。     

大视场多像机视频测量系统的全局标定

针对大视场多像机视频测量系统的全局标定,提出并实现了一种基于近景摄影测量技术的高精度像机标定方法.首先,设计一种带有标志点的十字架形标定参考物,十字架正反两个表面粘贴有环形的编码标志点和圆形的非编码标志点.然后,在现场用工业摄影测量系统XJTUDP重建出双面标定十字架的精确结构尺寸数据;将标定十字架在公共视场范围内依次摆出多个姿态,并控制多像机同步拍摄各姿态的图像.最后,为大视场像机选择10参数非线性成像模型,对采集的图像组依次进行标定运算,标定出各像机的内参数和畸变参数,并全局定向出各个像机在统一坐标系下的外方位参数.实验结果表明,该标定方法的重投影误差小于0.05 pixel;利用标定结果测量高精度标准尺长度,相对误差小于1/4 000,可满足大视场多像机视频测量对精度和效率的要求.     

非合作航天器的立体视觉位姿测量

针对在轨服务中非合作航天器相对位姿测量的关键任务,提出了一种双目立体视觉方法。该方法利用两台大视场可见光相机获取高分辨率图像,用双边滤波方法对图像进行预处理,接着利用弧线段拟合法提取目标表面的对接环椭圆,用Hough变换法提取目标的矩形边框特征,并引入极线约束准则、对接环尺寸约束和光流跟踪的方法,提高算法的提取精度和效率。利用立体视觉构建非合作目标的对接环平面和边框角点,建立目标坐标系,解算与世界坐标系之间的位姿关系。暗室环境下的实验结果表明,双目相机系统逼近(12.0~2.0 m)实验中,相对位置精度优于1.0 cm,相对姿态精度优于0.41°;目标姿态转动实验中,相对位置精度优于1.3 cm,相对姿态精度优于0.88°,位姿解算精度较高,可以为追踪航天器提供连续的位姿导航信息。     

基于寻找最佳起始点的编码标志点解码研究

目前在数字近景工业摄影测量中,针对环形编码标志点的解码方法,通常采取在编码带上选取任意一点作为解码的起始点,按一定方向读取编码带,完成环形编码标志点身份信息的读取。理论上讲,该方法是可行的。但是由于图像噪声等因素的影响,任意选取解码起始点的方法存在较大误差,这种误差有时对于最终的测量结果是不允许的。针对上述问题,提出了一套基于寻找最佳起始点的环形编码标志点解码方法。该方法在编码标志点位置已确定的基础上,通过构造解码椭圆、坐标逆变换、寻找最佳起始点、读取并输出编码带信息等步骤,较精确地实现标志点的解码。提出的解码理论在实验室环境下通过采用Matlab2010对不同类型的拍摄图片进行验证,结果表明具有较好的鲁棒性,可以满足实际测量的要求。     

面向服装定制的人体尺寸自动测量装置设计

针对服装行业竞争加剧,客户个性化需求不断增加的现状,制定了由摄像装置拍摄人体在确定位置转动不同角度时的图像,而后由计算机提取人体尺寸数据的非接触式自动测量方案.并进一步通过研究站人辅助转台体设计方法、基于单片机的步进电机和拍摄装置的控制方法,以及单片机与上位机的串行通信技术和图像传榆术等,研制出相应的测量系统样机.通过对塑料模特人体尺寸的实测表明,该系统能够较为快速、准确地提供人体被摄图像尺寸.     

空间相机大功率CCD器件的热设计与热试验

对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题,为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验.首先,介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案,CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源;然后,针对整个焦面组件进行了试验规划,特别对模拟冷板进行了专门设计;最后,在真空环境下进行了综合试验.试验结果显示,...     

大型三反离轴相机热控设计及在轨飞行验证

遥感相机在轨运行过程中要面临复杂的空间热环境,为了保证相机的成像质量,必须对其进行有效的热设计。介绍了遥感相机热控设计的主要理论,分析了某大型三反离轴相机的特殊性对热设计的影响及对策。总结了相机的在轨温度情况,并采用热模型仿真的方法获取了无温度遥测位置的温度结果。在轨分析结果表明,相机关键部位的温度均在20℃±2℃的温度指标范围内,证明了相机热控设计的正确性。     

双相机相位差异散斑成像技术

开展了用相位差异散斑技术实现图像采集和图像恢复的实验,在实验室环境下设计了针对扩展目标的相位差异散斑成像双相机实验平台.用两台外触发模式的相机同步采集焦面和指定离焦面上的短曝光图像,用变形镜构造光学系统误差,用强力热吹风机模拟大气湍流.分析了用多台相机与单台相机相比引入的不同问题,给出了多通道之间相面旋转问题的处理方法...     

基于圆形标志点的全自动相机标定方法

相机标定是2D图像重建3D测度信息的关键步骤,也是一项耗时的任务,由于标定过程中经常需要人工寻找对应点.本文提出了一种基于圆形标志点的全自动相机标定方法.首先,在传统圆形标志点模板的基础上增设了5个方位圆.然后提出了新标定板下图像特征点的自动检测和匹配算法.匹配结果直接作为Zhang的算法的输入,从而计算出相机内外参数,避免了标定过程的人工干预.最终实验结果显示了所提方法在不同场景和光照条件下的自动性和正确性.     

钢轨磨损视觉测量的轮廓精确快速提取

为保证钢轨磨损动态视觉测量的高精度,综合图像获取和图像处理技术,实现了清晰光条图像获取和光条中心点亚像素坐标精确提取。根据光条与背景环境亮度的高对比度,提出一种依据光条亮度的相机自动曝光法,用于获取清晰的光条图像;分析图像光条法线方向的亮度衰变特征,采用动态阈值分割法初步提取光条,滤除图像背景的同时保留光条法线方向的亮度衰减信息;根据图像过度曝光信息确定光条中心点像素大致位置,再对分割的光条图像相对应像素位置点计算Hessian矩阵,获取光条中心点的亚像素坐标。采用MFC编写应用程序进行试验,在不同光照环境和背景物的干扰下,该方法可精确地提取光条中心,与经典Steger算法相比提取精度偏差为0.05pixel,运算时间节约40%。试验结果验证了该方法稳定性好,有较强的抗干扰能力,较好地满足钢轨磨损测量的现场要求。     

桥式起重机的近景摄影测量方法研究

与常见的桥式起重机变形检测方法相比,近景摄影测量法具有非接触性、瞬间捕获信息量大且数字图像易存储等优点。文中将近景摄影测量与桥式起重机变形检测相结合,通过DLT(直接线性变换)标定非量测相机,采用序贯分析求解其内方位元素;在桥式起重机上合理布置反光标志点,并使用非量测相机获取数字立体像对;通过软件获得数字图像上各个标志点的坐标仪坐标,采用光束平差法求解标志点的物方坐标,构建桥式起重机三维模型,计算主梁变形量。将近景摄影测量法与水准仪、全站仪方法进行对比,证明基于近景摄影测量的桥式起重机变形检测方法能够满足桥式起重机精度要求,为桥式起重机变形检测提供了一种高效的方法。