本发明涉及一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，属于风洞模型形变测量。
背景技术：
1、在风洞进行气动研究时，当考虑进行结构强度评估，振动分析，气动外形变化研究时，形变测量是非常关键的。
2、目前可通过应变片、加速度计测量方法测量风洞模型受载荷后的形变量。应变片属于单点测量方式，只能在特定位置粘贴，如果模型上存在复杂的应力分布或局部效应，单点测量可能无法全面捕捉整体形变情况，此外安装困难，测量范围有限也造成了其本身的局限性。加速度计测量方法并不能直接测量形变量。而是通过积分操作将加速度转换成形变量，这可能会引入误差，且加速度计很容易受到外部环境的振动和干扰，严重的会影响测量结果的准确性。
3、相比之下，非接触式的基于双目视觉的光学测量方法，不会受到风洞内各种因素的干扰，测量结果更准确，传统的方法是在模型表面布置标记点测量模型表面的变形偏移量，但只能测量标记点粘贴的区域，对于复杂形状的模型，很难反应局部细节信息。
4、数字散斑技术可通过水印、喷绘等技术在模型全表面覆盖散斑图案，实现对模型全表面形变量的测量。但部分风洞对于光学测量的条件比较苛刻，双目视觉系统的两台相机通常无法垂直拍摄待测模型，且可能存在相机光轴与研究的物体表面高度倾斜的情况，从而导致，两个视角下越远离相机的区域，曲面成像扭曲较大，纹理特征相关性较差，影响解算精度，无法完成准确的性能评估以及气动特性研究。
5、因此，发展基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，可以高效地获得风洞条件苛刻下的模型全表面形变量测量的需求，有助于完成飞行器的性能评估以及后续气动特性研究。
技术实现思路
1、在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
2、鉴于此，为解决现有技术中存在相机视角倾斜下数字散斑的风洞模型形变测量不准确的技术问题，本发明提供一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法。本发明适用相机视角倾斜下基于数字散斑的风洞模型形变测量。本发明适用于由于安装受限导致的相机视角倾角下任意风洞模型表面变形测量，在吹风后可以得到准确的风洞轴系下、滚转、俯仰、偏航方向的变形偏移量，以及按照剖面位置分布的扭转量分布。
3、方案一、一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，包括以下步骤：
4、s1、在模型表面布置散斑图案和标记点，在风洞壁板上安装相机；
5、s2、求解相机内外参数，将相机坐标系下的三维坐标转换至风洞轴系下，得到风洞轴向量矩阵；
6、s3、采集无风常温下不同工况的模型图像，作为基准图像；采集试验过程中，达到流场稳定状态图像，作为试验图像；
7、s4、机翼特征点识别，确定基准图像和试验图像中对应的标记点的点心，并结合相机参数得到标记点在相机坐标系下的三维坐标集合；
8、s5、将基准图像和试验图像中的变形测量的曲面部分进行几何变换矫正；
9、s6、散斑区域网格确定，在校正后的散斑图案覆盖的区域上定义一个等距的矩形网格；
10、s7、散斑区域匹配，从不同视角拍摄的基准图像和试验图像中精确跟踪散斑网格，量化物体在各向异性应力下的位移和形变；
11、s8、散斑区域逆变换以及三维重建，通过应用逆多项式变换，将匹配好的散斑网格从标准平面恢复到原始曲面，重建物体表面的真实位移和形变分布；
12、s9、变形偏移量与扭转量计算。
13、优选的，还包括在执行s4后对风洞轴向量矩阵进行风洞轴向量正交修正，以保证风洞轴向量均正交；通过qr分解将存在偏差的风洞轴向量正交修正，将风洞轴向量矩阵，通过gram-schmidt正交化方法，分解为一个正交矩阵q和一个上三角矩阵r，使得；其中q为修正后的风洞轴向量矩阵。
14、优选的，还包括在执行s3后去除模糊的试验图像，并对基准图像进行抑制光学噪声处理；去除模糊的试验图像，只保留清晰图像进行结算，确定机翼在迎角范围内在图像的位置，对原始图像进行裁剪，只保留机翼区域的图像,通过laplace算子评判图像的清晰度,设为上的任意一点，为点的灰度值，点的清晰度为： ，设置清晰度阈值，如果机翼区域的图像所有像素点的清晰度均值小于，即满足 ，则认为图像是清晰的，否则认为不清晰，进行删除，以保证参与结算试验图像均为较清晰的图像；
15、基准图像进行抑制光学噪声处理的方法是：将每个工况下的多张基准图像，进行堆栈平均操作。
16、优选的，还包括，在执行s8后对散斑区域的三维坐标进行修正，方法是：离群值修复，通过基于三阶多项式分布假设的拟合方法对散斑区域的三维坐标进行修正，对拟合误差大的点赋予无效值nan，小的保留，并用邻域均值替换无效值nan，随后进行滤波平滑操作。
17、优选的，将基准图像和试验图像中的变形测量的曲面部分进行几何变换矫正的方法是：将基准图像和试验图像中的变形测量的曲面部分，变换到一个标准平面，由于机翼的形状复杂，所以使用二阶多项式变换基于标记点和测绘的标记点的位置信息，构建曲面到标准平面的映射关系，具体如下：
18、；
19、；
20、其中，是原始曲面上标记点的图像坐标，为变换后标准平面坐标系中x方向和y方向的坐标，, 为变换参数。
21、优选的，s6具体是：在校正后的图像上，定义一个等距的矩形网格，设网格的行间距为，列间距为；将图像区域划分为一系列的矩形单元格，每个单元格代表散斑图案的一个局部区域；网格表示为，其中表示格中位于第i行和第j列的单元格的中心点坐标，。
22、优选的，变形偏移量与扭转量计算的方法是：将无风状态和试验状态散斑区域的三维信息相减获得偏航、俯仰、滚转方向的变形偏移量；每个剖面的扭转量为无风状态下和试验状态下剖面的夹角，旋转中心为剖面的中心。
23、方案二、一种基于数字散斑的风洞模型形变测量装置，包括光学窗口、布置了散斑图案的模型、相机、光源和计算机；
24、所述相机和所述光源固定安装在风洞上壁板；所述风洞上壁板上开设有光学窗口；所述相机通过所述光学窗口拍摄布置了散斑图案的模型；所述计算机与所述相机连接；所述相机为2个。
25、方案三、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法的步骤。
26、方案四、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法。
27、本发明的有益效果如下：本发明基于数字散斑方法，针对大视角和相机光轴高度倾斜的情况下，根据严格测绘的标记点结合多项式变换有效修正由于视角差异引起的图案变形和不完全重叠等问题，增加常规图像互相关解算正确率。有效去除偏差较大的错误数据和提高测量结果的可靠性。可以高效地获得风洞条件苛刻下的模型全表面形变量测量的需求，有助于完成飞行器的性能评估以及后续气动特性研究，可应用于各种模型，不受模型、环境影响，具有普遍适用性。
1.一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，还包括在执行s4后对风洞轴向量矩阵进行风洞轴向量正交修正，以保证风洞轴向量均正交；通过qr分解将存在偏差的风洞轴向量正交修正，将风洞轴向量矩阵，通过gram-schmidt正交化方法，分解为一个正交矩阵q和一个上三角矩阵r，使得；其中q为修正后的风洞轴向量矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，还包括在执行s3后去除模糊的试验图像，并对基准图像进行抑制光学噪声处理；去除模糊的试验图像，只保留清晰图像进行结算，确定机翼在迎角范围内在图像的位置，对原始图像进行裁剪，只保留机翼区域的图像,通过laplace算子评判图像的清晰度,设为上的任意一点，为点的灰度值，点的清晰度为： ，设置清晰度阈值，如果机翼区域的图像所有像素点的清晰度均值小于，即满足 ，则认为图像是清晰的，否则认为不清晰，进行删除；
4.根据权利要求1所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，还包括，在执行s8后对散斑区域的三维坐标进行修正，方法是：离群值修复，通过基于三阶多项式分布假设的拟合方法对散斑区域的三维坐标进行修正，对拟合误差大的点赋予无效值，小的保留，并用邻域均值替换无效值，随后进行滤波平滑操作。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，将基准图像和试验图像中的变形测量的曲面部分进行几何变换矫正的方法是：将基准图像和试验图像中的变形测量的曲面部分，变换到一个标准平面，由于机翼的形状复杂，所以使用二阶多项式变换基于标记点和测绘的标记点的位置信息，构建曲面到标准平面的映射关系，具体如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，s6具体是：在校正后的图像上，定义一个等距的矩形网格，设网格的行间距为，列间距为；将图像区域划分为一系列的矩形单元格，每个单元格代表散斑图案的一个局部区域；网格表示为，其中表示格中位于第i行和第j列的单元格的中心点坐标，。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法，其特征在于，变形偏移量与扭转量计算的方法是：将无风状态和试验状态散斑区域的三维信息相减获得偏航、俯仰、滚转方向的变形偏移量；每个剖面的扭转量为无风状态下和试验状态下剖面的夹角，旋转中心为剖面的中心。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的一种基于数字散斑的风洞模型形变测量方法。
