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航天科技集团一院102所光学立体视觉测量技术助力型号研制

【创新】每秒3000幅 光学立体视觉测量技术在型号产品中大显身手

       3月30日21点52分,远征一号火箭成功发射。6小时后,远征一号进入预定轨道,上面级整流罩与双星有序分离(本站注:此处有误)。在三体分离过程中,解锁动作极快,只有数秒。在这一过程中,一旦发生碰撞,卫星将不能进入预定轨道,甚至会发生坠落状况。

       保证一枚火箭成功发射,前期的试验数据非常关键。如何用数字化技术为试验数据精准“把脉”,中国航天科技集团一院102所研发的光学立体视觉测量技术就是其中的法宝之一。

光学立体视觉测量技术突破传统平面视角

      在远征一号前期地面试验中,需要精准记录解锁瞬间过程,还原三体分离时平抛旋转空间姿态和轨迹,并精准计算出三者之间的旋转速度、角度、位置、姿态、距离、发生时刻等信息与理论值是否相对应,这并不容易。

  “测量过程精确才能保障上天之后安心。”该所几何计量研究室主任刘柯说道,分离试验过程中只有数据翔实、精确才能判断航天器关键设计是否合理。

    在传统火箭分离测量技术中,相机所拍摄的画面多为平面图,每秒钟仅能拍摄百余幅照片,远远不能满足远征一号三体快速分离试验三维立体测量的要求。“非接触测量、三维测量速度快、精度高是这次试验测量的突出难点。”刘柯介绍说。

     而这一系列难点被该所自主研发的光学立体视觉测量技术化解了。试验中,试验人员将被测产品通过三维扫描测量技术制作出的静止立体轮廓图,输入计算机备用;然后用两台红外相机以每秒3000幅图片的速度进行立体拍摄,再通过交会立体成像技术解算分离物体的运动轨迹坐标,把立体图片进行叠加,最后经过数据分析比对,进行结果判读。

      光学立体视觉测量技术将机器视觉科学与摄影测量科学相融合,借鉴生物视觉成像原理,以相机作为‘眼睛’获取图像,以计算机作为‘大脑’进行数字图像处理,最后输出立体测量结果。

     光学立体视觉测量技术可以对型号产品试验中高速运动的轨迹进行详细描述,之后再把数据反馈给型号产品设计系统,从而达到验证分离过程参数、指导改进设计的目的。

    “利用视觉系统测量高速运动物体位置、姿态的这种技术,在保障科研生产方面应用广泛。例如,飞行器分离试验、火箭箭体变形试验等都可以采用这种测量方式。”刘柯说。

数字化+高端装备制造

     早在2010年,102所就开始研究这项数字化技术。目前,该项技术已在数十个型号产品试验中得到成功运用。在前不久开展的我国新一代运载火箭整流罩分离试验的数据测量过程中,该项技术已开始大展身手。

   “光学立体视觉测量技术作为102所紧跟世界科技前沿的科研成果代表,在保障型号任务研制过程中发挥了重要作用。”该所副所长缪寅宵说。

    “我们紧跟世界前沿科学开展研究,然后用数字化研究成果服务中国航天型号任务,不仅可以给科研工作带去更大的便利,同时还可以以点带面牵引型号产品整体技术发展,可谓一举多得。”缪寅宵说。

      缪寅宵表示,将数字化与高端装备制造相结合,将成为该所今后新型技术研发的主攻方向。该所将坚持军民融合发展的思路,努力使数字化技术服务于型号研制和国民经济建设。(姚天宇)

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