КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-21-00550

НазваниеРазработка, исследование и оптимизация алгоритмов обработки изображений для измерения деформаций аэродинамических поверхностей в летных экспериментах

Руководитель Поройков Антон Юрьевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-213 - Обработка и анализ изображений и сигналов

Ключевые слова цифровая обработка изображений, метод корреляции фоновых изображений, измерение деформации, рекалибровка цифровых видеокамер

Код ГРНТИ29.31.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проблема измерения деформаций встречается во многих отраслях науки и техники. Чаще всего она встречается в автомобильной промышленности, строительстве и авиации. В последнем случае, из-за ряда особенностей отрасли, измерение деформации носит жизненно важный характер. В авиастроении в настоящее время появилась задача проведения исследований в летном эксперименте [1-4], т.е. проведения измерений непосредственно в полете на борту летательного аппарата. Разработке таких методов были посвящены международные научно-технические проекты AIM и AIM2 [5], участником которых являлся автор заявки. В результате их реализации была предложена новая разновидность фотограмметрического метода измерения деформаций IPCT (Image Pattern Correlation Technique), в русскоязычных публикациях - метод корреляции фоновых изображений (МКФИ) [6-8]. Он основан на кросскорреляционной обработке изображений, что позволяет использовать его для задач обработки в режиме реального времени, и успешно применен в летных испытаниях на различных типах летательных аппаратов, в том числе на самолете Airbus A380 [1]. Алгоритмы, используемые в методе, базируются на алгоритмах метода анемометрии по изображению частиц (Particle Image Velocimetry). Летные испытания в отличие от лабораторных экспериментов сопровождаются высоким уровнем вибраций, особенно в условиях интенсивных маневров летательных аппаратов. Это приводит к изменению взаимного положения камер стереосистемы, а также к изменению направления линии их зрения относительно времени калибровки системы. В результате такой декалибровки стереосистемы камер увеличивается погрешность измерения. При проектировании измерительной системы предпринимаются все возможные меры для минимизации влияния декалибровки на результаты измерений, но полностью исключить ее невозможно. Особенно это касается летных испытаний на больших летательных аппаратах, когда база стереосистемы может достигать более одного метра. Цель предлагаемого проекта - разработка алгоритма рекалибровки видеокамер стереосистемы в летных испытаниях. Автор заявки имеет опыт работ по измерению деформаций с применением метода корреляции фоновых изображений [6-8]. Смещение камер относительно друг друга и смещение объектива относительно светочувствительной матрицы можно исправить проведением процедуры рекалибровки, заключающейся в оптимизации параметров калибровочной матрицы для минимизации ошибки триангуляции. Такой подход уже используется в других задачах. В работе [9] описывается рекалибровка для системы технического зрения, состоящей их нескольких камер. Внешние параметры пересчитываются для камеры, меняющей свое положение, с использованием информации с других камер, которые не перемещались. В работе [10] приведены результаты летных измерений деформаций крыла летательного аппарата VUT100 Cobra. В ходе испытаний продемонстрировано влияние декалибровки камер стереосистемы во время полета на рост погрешности измерений. На основе экспериментальных изображений была проведена процедура рекалибровки, которая позволила в значительной мере снизить ошибку триангуляции. Основным недостатком такого подхода является отсутствие верификации результатов измерений. Краткий анализ современного состояния исследований показал, что в настоящее время по данной проблеме проводится большое количество работ, подтверждающих ее актуальность. Научная новизна предлагаемого решения задачи подтверждается тем, что рекалибровка внутренних параметров, а также верификация алгоритма в лабораторных условиях ранее не применялись. Первый год проекта будет посвящен разработке и реализации оптоэлектронной системы для измерения профиля деформируемой поверхности с микронным разрешением, разработке и верификации с помощью компьютерного моделирования алгоритма рекалибровки внутренних параметров калибровочных матриц. Основным результатом первого года проекта должны стать разработанный и реализованный алгоритм рекалибровки внутренних параметров стереосистемы, оптоэлектронная система для измерения профиля деформируемой поверхности, и экспериментальные исследования с помощью компьютерного моделирования по определению работоспособности и точностных характеристик разработанного алгоритма. Второй год проекта будет посвящен верификации с помощью лабораторных исследований и оптимизации алгоритма рекалибровки внутренних параметров калибровочных матриц. Основным результатом второго года проекта должна стать специально сконструированная камера для имитации декалибровки внутренних параметров в лабораторных исследованиях, компьютерное моделирование декалибровки для различных классов динамических возмущений и экспериментальные исследования по определению работоспособности и точностных характеристик разработанного алгоритма. В начале 2019 года совместно с сотрудниками «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» была начата совместная работа, целью которой является разработка летной лаборатории на базе беспилотного летательного аппарата, и проведение с ее помощью экспериментальных натурных исследований по диагностике деформаций деталей летательного аппарата непосредственно в полете [11]. Совместная с МАИ работа будет использована для апробации результатов проекта, предлагаемого в данной заявке. [1] Boden F., Jentink H., Petit C. IPCT Wing Deformation Measurements on a Large Transport Aircraft // Advanced In-Flight Measurement Techniques. – Springer Berlin Heidelberg, 2013. – Pp. 93-115. [2] Veerman H. P. J., Kannemans H., Jentink H. W. Highly Accurate Aircraft In-Flight Wing Deformation Measurements Based on Image Correlation // Advanced In-Flight Measurement Techniques. – Springer Berlin Heidelberg, 2013. – Pp. 15-32. [3] Kirmse T. et al. Fan Blade Deformation Measurements on the DLR Airbus A320-ATRA by Means of IPCT as Part of the Ground Test Campaign in the Frame of the DLR-project SAMURAI // New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics X. Springer, Cham, 2016. Pp. 629-638. [4] Boden F. et al. In-flight measurements of propeller blade deformation on a VUT100 cobra aeroplane using a co-rotating camera system // Measurement Science and Technology. 2016. Vol. 27. №. 7. P. 074013. [5] http://aim.dlr.de/site/index.php [6] Poroikov A.Yu., Skornyakova N.M. An analysis of the image pattern correlation technique for measuring the bending of a metal surface // Measurement technique, Vol. 53, №10, 2011. Pp. 1147-1151. [7] Boden F., Kirmse T., Poroikov A.Yu., Rinkevichyus B.S. Skornyakova N. M., Shashkova I. A. Accuracy of Measurement of Dynamic Surface Deformations by the Image Pattern Correlation Technique // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2014, Vol. 50, No. 5, pp. 474-481. [8] Poroikov A.Yu. Reconstruction of 3D Profile of a Deformed Metallic Plate by Means of the Image Pattern Correlation Technique // Measurement technique, Vol. 57, №4, 2014. Pp. 390-395 [9] Hermans C, Dumont M and Bekaert P 2007 Extrinsic recalibration in camera networks 4th Canadian Conf. on Computer and Robot Vision vol 1 pp 3–10 [10] Kirmse T. Recalibration of a stereoscopic camera system for in-flight wing deformation measurements // Measurement Science and Technology, Vol 27, No 5, 2016. 11 p. [11] Poroykov A.Yu., Surkov D.A., Ilina N.S., Lebedev S.V., Ul’yanov D.V., Lapitskiy K.M., Shmatko E.V. Development of the flight laboratory for research of aerodynamic surfaces deformation // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1636. P. 012029.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---