[发明专利]一种基于纹影图像的高超声速风洞模型姿态角测量方法

权利要求书

1.一种基于纹影图像的高超声速风洞模型姿态角测量方法，其特征在于，所述的姿态角测量方法包括以下步骤：

a.选取模型特征线

记模型顶点为点A，模型底部拐点分别为点B与点C，AB、AC、BC段为模型在纹影图像中的投影边界线，优先选取边界线中的直线段为特征线，若边界线中无直线段，则以上述任意两点的连线为特征线；

b.图像预处理

将风洞试验获得的纹影图像依次进行图像增强和灰度变换处理，图像增强采用卷积方法，通过滤波算子对图像进行空间滤波，以抑制纹影图像录制过程中出现的各类噪声；灰度变换则根据纹影中模型区域与流场区域灰度值的分布，设定一个或者多个灰度阈值，对纹影图像进行二值化变换，将图像中实体区域与流场区域分离；

c.识别特征线

对于特征线为边界线中直线段的情况，采用边界追踪法进行特征线识别，以特征线任意位置为起点，依次向周围搜索，若像素点对应位置的一阶导数不为0，则将此像素点标记为新的特征点，并以该像素点为中心进行新的搜索；当搜索到的特征点数量达到设定值时，搜索过程结束；

对于特征线为两点连线的情况，采用角点检测算法，获取端点坐标；

d.求解模型特征线迎角

对于特征线为边界线中直线段的情况，首先对特征线直线拟合，之后通过拟合直线的斜率k求解特征线迎角α_c：

α_c＝arctank (1)

对于特征线为两点连线的情况，设特征线的两个端点在纹影图像中的坐标分别为(x₁,y₁)和(x₂,y₂)，则特征线迎角α_c采用如下公式求解：

e.求解模型迎角

求解模型迎角需要对特征线迎角进行初值修正和振动干扰修正；

初值修正用于修正特征线迎角与模型迎角之间的迎角偏差，由于模型是刚体，在试验过程中的外形变化忽略不计，因此试验过程中的迎角偏差为定值，记初值偏差为Δα₀，Δα₀的值即为模型安装调平后对应的特征线迎角α_c0；

振动干扰修正用于修正试验中由于纹影系统振动带来的测量误差；以风洞喷管出口作为参照物，采用与特征线迎角相同的求解方法计算喷管出口角度信息；记试验前纹影图像中喷管出口角度为α_n0，试验中某一时刻纹影图像中喷管出口角度为α_n，则振动干扰量Δα_v为：

Δα_v＝α_n-α_n0 (3)

模型迎角α_m通过以下公式计算：

α_m＝α_c-Δα₀-Δα_v。 (4)

2.根据权利要求1所述的基于纹影图像的高超声速风洞模型姿态角测量方法，其特征在于，所述的步骤a中选取支杆上表面或下表面的纹影投影直线为模型特征线。

3.根据权利要求1所述的基于纹影图像的高超声速风洞模型姿态角测量方法，其特征在于，所述的步骤c中的角点检测算法为Harris角点检测算法。

4.根据权利要求1所述的基于纹影图像的高超声速风洞模型姿态角测量方法，其特征在于，所述的步骤d中的特征线直线拟合采用最小二乘法，设拟合直线的表达式为y＝kx+b，特征线中共包含n个点，在纹影图像中的坐标记为(x_i,y_i)(i＝1,2,…n)，则由最小二乘法求解斜率k和截距b的公式为：