基于合作目标的飞机进气道三维重建方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于合作目标的飞机进气道三维重建方法及系统。其包括：提供一待三维重建的飞机进气道，并在所述飞机进气道内配置用于获取三维重建数据的点云数据扫描配准装置，利用扫描设备扫描获取飞机进气道内预设区域内壁的点云数据，其中，在每次利用扫描设备获取一区域内壁的点云数据时，同时利用配准位置解算装置解算当前扫描获取点云数据时的相对位姿，基于所解算的相对位姿确定配准位姿并利用所确定的配准位姿对当前扫描获取的点云数据配准，以在配准后生成当前区域内壁的点云配准数据；基于所有区域内壁的点云配准数据，对所提供的飞机进气道进行三维重建。本发明专利技术能有效实现对飞机进气道的三维重建，提高三维重建时的可靠性。建时的可靠性。建时的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于合作目标的飞机进气道三维重建方法及系统
[0001]技术邻域
[0002]本专利技术涉及一种三维重建方法及系统，尤其是一种基于合作目标的飞机进气道三维重建方法及系统。

技术介绍

[0003]进气道是飞机进气口与发动机进口之间的管道，作为飞机动力系统的前端，主要用于为发动机提供特定流量的空气。在飞机飞行时，进气道通过对高速气流的减速增压，实现气流动能到压力能的转变，其减速增压对提高飞机飞行性能，有重要作用。
[0004]作为飞机的重要部件之一，飞机进气道结构上的差异会对发动机的工作效率、推力大小、飞机飞行性能等产生影响，如亚音速进气道的进口前缘呈钝圆状态、内部通道多为扩散形，拥有构造简单、重量轻、以及巡航状态下效率高的优点，但当工作在超音速时，则会增大能量损失。超音速进气道可实现在马赫数变化范围较宽情况下的高效减速增压，利用多个较弱的斜激波实现超音速气流的减速，致使其结构更加复杂，一般可分为外压式、内压式、混合式三种。
[0005]此外，飞机进气道内壁上细小的结构误差，如凸起、凹陷、尺寸差错等，也会对飞机的飞行性能产生影响，严重时甚至会对飞机的飞行安全产生威胁。因此，为保证飞机的飞行性能和飞行安全，在进气道安装前，需对其进行检测，消除安全隐患。
[0006]利用基于视觉的三维重建方法，对飞机进气道的管道内壁进行检测，是当前的主流方法，可分为主动视觉法和被动视觉法，前者由发射器和接收器组成，通过接收到的反射信号计算目标三维点云信息；后者仅由相机组成，通过图像的明暗度、纹理、轮廓、特征点等，恢复目标的三维点云结构。但由于传感器视野的局限性，上述方法均需结合点云拼接技术，以实现完整的三维重建工作。
[0007]现有点云配准方法主要有三种：基于位姿传感器的点云配准、基于图像特征匹配的点云配准、基于ICP等算法的点云配准；其中，基于位姿传感器的点云配准，主要通过高精度的机械移动台、IMU、倾斜传感器等计算点云配准位姿，实现完整三维重建；基于图像特征匹配的点云配准，主要通过对目标全景视频中的连续帧进行特征匹配，然后通过运动恢复结构算法，计算配准位姿，实现三维重建。基于ICP等配准算法的点云配准，主要通过点云数据之间的三维特征，计算不同点云之间的配准位姿，实现三维重建。
[0008]三维重建技术已广泛应用于逆向工程、自动驾驶、虚拟现实等多个邻域，但现有方法仍存在以下不足：基于位姿传感器的方法受硬件限制较大，重建精度和范围有限；基于图像特征匹配的方法，依赖于管道表面的纹理特征，使用场景有限；基于ICP等点云配准算法的方法，对目标表面的三维特征以及位姿初值存在依赖，且易陷入局部最优。
[0009]飞机进气道的内壁表面光滑、颜色单一，缺少足够的纹理以及三维特征，是一种特殊的重建目标，这些特点使得现有三维重建方法无法有效实现其三维重建。因此，对飞机进气道，实现不依赖任何特征和位姿传感器的三维重建方法，是十分有必要的。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于合作目标的飞机进气道三维重建方法及系统，其能有效实现对飞机进气道的三维重建，提高三维重建时的可靠性。
[0011]按照本专利技术提供的技术方案，一种基于合作目标的飞机进气道三维重建方法，所述飞机进气道三维重建方法包括：
[0012]提供一待三维重建的飞机进气道，并在所述飞机进气道内配置用于获取三维重建数据的点云数据扫描配准装置，其中，
[0013]点云数据扫描配准装置包括用于扫描获取点云数据的扫描设备以及用于解算配准位姿的配准位姿解算装置，配准位置解算装置包括配置于扫描设备上的合作目标以及用于获取所述合作目标图像信息的单目视觉，基于单目视觉所获取的合作目标图像信息解算得到单目视觉与合作目标之间的相对位姿；
[0014]利用扫描设备扫描获取飞机进气道内预设区域内壁的点云数据，其中，在每次利用扫描设备获取一区域内壁的点云数据时，同时利用配准位置解算装置解算当前扫描获取点云数据时的相对位姿，基于所解算的相对位姿确定配准位姿并利用所确定的配准位姿对当前扫描获取的点云数据配准，以在配准后生成当前区域内壁的点云配准数据；
[0015]基于所有区域内壁的点云配准数据，对所提供的飞机进气道进行三维重建。
[0016]在飞机进气道内，将单目视觉置于一位姿解算初始位置，其中，
[0017]当扫描设备在单目视觉位于位姿解算初始位置的相机景深范围内时，解算得到单目视觉与合作目标之间的初始位置目标相对位姿；
[0018]当扫描设备在单目视觉位于位姿解算初始位置的相机景深范围外时，配置单目视觉向扫描设备所在的位置靠近，以使得扫描设备位于单目视觉的相机景深范围内，且将单目视觉当前所在的位置配置为位姿解算基本位置；
[0019]单目视觉处于位姿解算基本位置后，解算得到单目视觉与合作目标之间的基本位置目标相对位姿，以及，单目视觉在位姿解算初始位置与位姿解算基本位置的基本位置相机相对位姿；
[0020]基于基本位置相机相对位姿以及基本位置相机相对位姿，生成合作目标相对于单目视觉在位置解算初始位置的视觉目标搭桥相对位姿，对视觉目标搭桥相对位姿，则有：其中，T
C
为基本位置相机相对位姿，T
B1
为视觉目标搭桥相对位姿，为基本位置目标相对位姿的转置；
[0021]扫描设备扫描获取一区域内壁的点云数据时，将初始位置目标相对位姿或视觉目标搭桥相对位姿作为配准位姿对当前扫描获取的点云数据配准，以生成当前区域内壁的点云配准数据。
[0022]对点云配准数据，则有：
[0023]P＝{T
i
*T
A
*P
i
,i∈[1,n]}
[0024]其中，P为点云配准数据，T
A
为合作目标与扫描设备之间的相对位姿，P
i
为第i个预设区域内壁扫描获取的点云数据，T
i
为第i个预设区域内壁扫描数据的配准位姿，n为预设区域的数量。
[0025]对合作目标，包括一四边形的框架以及在所述框架内呈阵列分布的标识格，其中，
[0026]在框架的一端角的标识格内设置合作目标非特征圆，其余的标识格内均设置一合作目标特征圆，合作目标非特征圆的圆心、合作目标特征圆的圆心均位于所在标识格的中心；
[0027]单目视觉获取合作目标的图像后，基于合作目标非特征圆对所述合作目标内的合作目标特征圆进行排序。
[0028]解算单目视觉与合作目标之间的相对位姿时，包括：
[0029]获取合作目标的目标图像；
[0030]对目标图像进行预处理，以提取确定所有合作目标特征圆的圆心在目标图像中的像素坐标，以及所有合作目标特征圆圆心在合作目标坐标系下的三维坐标；
[0031]基于提取确定所有合作目标特征圆的圆心的像素坐标，以及所有合作目标特征圆圆心在合作目标坐标系下的三维坐标，利用PnP算法解算得到单目视觉与合作目标之间的相对位姿。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合作目标的飞机进气道三维重建方法，其特征是，所述飞机进气道三维重建方法包括：提供一待三维重建的飞机进气道，并在所述飞机进气道内配置用于获取三维重建数据的点云数据扫描配准装置，其中，点云数据扫描配准装置包括用于扫描获取点云数据的扫描设备以及用于解算配准位姿的配准位姿解算装置，配准位置解算装置包括配置于扫描设备上的合作目标以及用于获取所述合作目标图像信息的单目视觉，基于单目视觉所获取的合作目标图像信息解算得到单目视觉与合作目标之间的相对位姿；利用扫描设备扫描获取飞机进气道内预设区域内壁的点云数据，其中，在每次利用扫描设备获取一区域内壁的点云数据时，同时利用配准位置解算装置解算当前扫描获取点云数据时的相对位姿，基于所解算的相对位姿确定配准位姿并利用所确定的配准位姿对当前扫描获取的点云数据配准，以在配准后生成当前区域内壁的点云配准数据；基于所有区域内壁的点云配准数据，对所提供的飞机进气道进行三维重建。2.根据权利要求1所述基于合作目标的飞机进气道三维重建方法，其特征是，在飞机进气道内，将单目视觉置于一位姿解算初始位置，其中，当扫描设备在单目视觉位于位姿解算初始位置的相机景深范围内时，解算得到单目视觉与合作目标之间的初始位置目标相对位姿；当扫描设备在单目视觉位于位姿解算初始位置的相机景深范围外时，配置单目视觉向扫描设备所在的位置靠近，以使得扫描设备位于单目视觉的相机景深范围内，且将单目视觉当前所在的位置配置为位姿解算基本位置；单目视觉处于位姿解算基本位置后，解算得到单目视觉与合作目标之间的基本位置目标相对位姿，以及，单目视觉在位姿解算初始位置与位姿解算基本位置的基本位置相机相对位姿；基于基本位置相机相对位姿以及基本位置相机相对位姿，生成合作目标相对于单目视觉在位置解算初始位置的视觉目标搭桥相对位姿，对视觉目标搭桥相对位姿，则有：其中，T
C
为基本位置相机相对位姿，T
B1
为视觉目标搭桥相对位姿，为基本位置目标相对位姿的转置；扫描设备扫描获取一区域内壁的点云数据时，将初始位置目标相对位姿或视觉目标搭桥相对位姿作为配准位姿对当前扫描获取的点云数据配准，以生成当前区域内壁的点云配准数据。3.根据权利要求1或2所述基于合作目标的飞机进气道三维重建方法，其特征是，对点云配准数据，则有：P＝{T
i
*T
A
*P
i
,i∈[1,n]}其中，P为点云配准数据，T
A
为合作目标与扫描设备之间的相对位姿，P
i
为第i个预设区域内壁扫描获取的点云数据，T
i
为第i个预设区域内壁扫描数据的配准位姿，n为预设区域的数量。4.根据权利要求1或2所述基于合作目标的飞机进气道三维重建方法，其特征是，对合作目标，包括一四边形的框架以及在所述框架内呈阵列分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍凡，沙俊伟，徐贵力，董文德，马栎敏，天祥瑞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：