旋转桨叶高动态图像采集方法

技术领域

本发明涉及图像采集和图像处理技术领域，特别是涉及旋转桨叶高动态图像采集方法。

背景技术

挥舞角是旋翼机桨叶最重要的运动参数之一，直接关系到直升机安全性、舒适性、可靠性和武器系统的准确性，是直升机研制、生产和使用维护中的重要检测项目。基于双目视觉的机载挥舞角测量设备安装在桨毂上随桨叶一起旋转，实时采集桨叶上贴涂的合作靶标图像，并将其发送给计算单元解算。然而，当桨叶经过向阳方向或背阳方向时，靶标图像都容易过曝，这严重影响后续靶标识别定位，导致挥舞角测量在向阳和背阳方向上精度下降或缺失。传统自动曝光技术基于当前帧灰度统计去调节下一帧曝光时间，存在滞后性，并不适合这种相机高速旋转的情况。降低曝光时间可以有效抑制向阳和背阳方向靶标图像过曝，但在其他方向上靶标图像也会变暗，对比度降低，影响后续计算单元对靶标的检测和定位。

综上所述可以看出，在采集旋转桨叶上合作靶标图像时，如何避免在向阳或背阳面靶标图像过曝，同时在其他方向上仍可获得高对比度靶标图像，是目前有待解决的问题。

发明内容

为了解决基于双目视觉的机载挥舞角测量设备在随桨叶一起旋转时，在向阳和背阳方向采集到的靶标图像容易出现过曝，而在其他方向上靶标图像过暗，对比度低的问题，本发明提供一种自动曝光、手动曝光和图像高动态显示技术相结合的旋转桨叶高动态图像采集方法。

本发明采取如下的技术方案：

一种旋转桨叶高动态图像采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在直升机起飞前，将桨叶旋转到向阳方向或者背阳方向，启动挥舞角测量设备采集靶标图像，利用自动曝光方法确定曝光时间初始值；

步骤2：在所述曝光时间初始值的基础上手动调节曝光时间，得到固定曝光时间；

步骤3：在直升机起飞后，所述挥舞角测量设备以所述固定曝光时间采集靶标图像，并利用图像高动态显示方法对采集的靶标图像进行图像增强，得到输出图像，其中使用图像高动态显示方法对靶标图像进行图像增强的过程包括以下步骤：

a)计算靶标图像RGB三通道的灰度平均值

其中，I

b)计算σ

/>

其中，

c)计算多尺度反射率平均值

d)根据公式(4)将多尺度反射率平均值

其中，

e)计算输出图像RGB三通道的灰度I

其中，c∈(R,G,B)。

本发明的有益效果是：本发明所提出的旋转桨叶高动态图像采集方法是一种将自动曝光、固定曝光和图像高动态显示技术相结合的图像采集方法，该方法采用自动曝光技术确定挥舞角测量设备的曝光时间初始值，再采用手动曝光精细调节曝光时间以防止靶标区域过曝，最后以固定曝光时间采集靶标图像并采用图像高动态显示技术增强其他方向上靶标图像的亮度和对比度，该方法不仅极大抑制了向阳和背阳方向靶标图像过曝现象，还可以在其他方向上采集到高对比度的靶标图像，便于后续计算单元对靶标的检测和定位，保证了挥舞角测量的准确性和完整性。

附图说明

图1为本发明所述的旋转桨叶高动态图像采集方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

针对基于双目视觉的机载挥舞角测量设备在随桨叶一起旋转时，在向阳和背阳方向采集到的靶标图像容易出现过曝的问题，本发明提供一种旋转桨叶高动态图像采集方法，如图1所示，该方法包含三个步骤：

步骤1：自动曝光确定曝光时间初始值

在直升机起飞前，将桨叶旋转到向阳方向或者背阳方向，启动挥舞角测量设备，挥舞角测量设备开始采集靶标图像，并使用自动曝光方法确定曝光时间初始值。其中，自动曝光方法是基于全局灰度统计的步进调节方法，调节步骤如下：

S11：判断当前靶标图像的平均灰度是否大于阈值T

S12：判断当前靶标图像的平均灰度是否小于阈值T

S13：判断当前靶标图像的平均灰度是否大于阈值T

上述自动曝光方法的过程可以使用FPGA等嵌入式系统自动完成。

步骤2：手动曝光精细调节曝光量

自动曝光是根据全局灰度统计调节的曝光量，靶标图像占整帧图像面积的比例小，仍存在过亮的可能，因此需要手动曝光将图像调暗，避免靶标图像过曝。具体调节步骤如下：

1)人眼判断靶标图像因过亮而变形，调节小曝光时间，直到靶标图像恢复正常；

2)人眼判断靶标图像过暗，调节曝光时间，直到靶标图像恢复正常。

上述过程无需定量调节，主要是防止靶标图像过亮，导致图案变形。在步骤1自动曝光后得到的曝光时间初始值的基础上进行手动调节曝光时间后，便得到固定曝光时间。

步骤3：采用固定曝光时间采集靶标图像，并利用图像高动态显示技术增强图像

步骤1和步骤2是在直升机未启动时确认曝光时间初始值，步骤3则是在直升机飞行时采用的处理方法。直升机飞行时，测量设备随桨叶旋转，比如会经历向阳和背阳方向。步骤1和步骤2是抑制在向阳方向和背阳方向靶标图像过曝，在其他方向靶标图像可能会因曝光时间不足，导致靶标图像过暗，对比度低，影响后续靶标识别定位。为此，步骤3采用图像高动态显示技术MSRCP增强图像，提高靶标图像亮度和对比度。具体步骤如下：

a)计算靶标图像RGB三通道的灰度平均值

其中，I

b)计算σ

其中，

c)计算多尺度反射率平均值

d)根据公式(4)将多尺度反射率平均值

其中，

e)计算输出图像RGB三通道的灰度I

其中，c∈(R,G,B)。

针对基于双目视觉的机载挥舞角测量设备在随桨叶一起旋转时，在向阳和背阳方向采集到的靶标图像容易出现过曝问题，本发明提出一种自动曝光、固定曝光和图像高动态显示技术相结合的图像采集方法。采用自动曝光技术确定设备曝光初始值，采用手动曝光精细调节曝光时间防止靶标区域过曝，采用图像高动态显示技术增强其他方向上靶标图像的亮度和对比度。实验证明，本发明不仅极大抑制了向阳和背阳方向靶标图像过曝现象，还可以在其他方向上采集到高对比度的靶标图像，便于后续计算单元对靶标的检测和定位，保证了挥舞角测量的准确性和完整性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。