基于单目视觉光栅投影法的叶片快速测量关键技术研究
发布时间：2022-12-10 06:06
叶片作为航空发动机动力来源的关键零部件之一,对其三维型面轮廓的测量是检验加工质量和保障航空发动机整体性能的重要方面之一。如何快速、灵活地扫描测量叶片三维型面一直是航空工业制造领域中的前沿问题。本文以单目视觉光栅投影法为理论基础,着重从测量系统的原理建模、系统参数标定、光栅条纹图像绝对相位恢复和无效相位值去除等关键方面进行了深入系统地研究。完成的主要研究和取得的成果如下:（1）提出了一种简化、灵活的相位-深度变换模型。基于设计的单目视觉光栅投影叶片测量系统方案,首先从二维、三维的几何原理角度详细推导论证了该相位-深度变换模型;其次引入带有一、二阶径向畸变系数的面阵CCD摄像机针孔模型,建立了一个在摄像机坐标系下的空间点三维坐标计算框架;最后给出了该相位-深度变换模型在空间几何布局上的两种结构情形与数值仿真结果。实验结果表明了该模型的可行性与灵活性。（2）提出了一种基于棋盘格二维平面靶标与相位法的测量系统参数标定与优化体系,其涵盖了摄像机的内部参数、外部参数、深度参数标定及所有参数的非线性优化四个子体系。首先,通过棋盘格标定靶标和构造的最佳消隐点最小二乘寻优函数改进了消隐点的产生模板,建立...
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 基于光栅投影法的叶片三维测量现状分析
1.3 光栅投影法的关键技术研究现状分析
1.3.1 测量系统建模
1.3.2 绝对相位恢复
1.4 本文的研究体系
1.4.1 存在问题分析
1.4.2 研究思路与内容
1.4.3 章节安排
第2章 单目视觉光栅投影测量系统建模与构成
2.1 叶片测量的总体方案设计
2.2 单目视觉光栅投影测量系统数学建模
2.2.1 面阵CCD摄像机模型
2.2.2 相位-深度变换模型
2.3 单目视觉光栅投影测量系统结构设计
2.3.1 系统硬件选型
2.3.2 系统结构布局设计
2.4 本章小结
第3章 系统模型的参数标定与优化
3.1 基于改进消隐点模板的内部参数标定
3.1.1 消隐点与摄像机内部参数
3.1.2 常见消隐点模板存在的问题及改进
3.1.3 内部参数的线性标定原理
3.1.4 内部参数标定实验与结果比较
3.2 基于改进Tsai两步法的外部参数标定
3.2.1 Tsai两步法的不足与改进
3.2.2 外部参数的线性标定原理
3.2.3 外部参数标定实验与结果比较
3.3 基于棋盘格角点亚像素坐标相位的深度参数标定
3.3.1 深度参数标定原理
3.3.2 亚像素坐标相位提取
3.3.3 深度参数性能分析
3.4 基于坐标残差当量的非线性优化
3.5 测量系统参数的标定流程与实验结果
3.5.1 测量系统参数的标定流程
3.5.2 标定实验与参数评估
3.6 本章小结
第4章 光栅条纹图像的主值相位提取与展开
4.1 正交矢量图解双步相移主值相位提取
4.1.1 正交矢量图解相移的基本思想
4.1.2 正交矢量图解双三步相移方法
4.1.3 图解双三步相移的实验验证
4.2 互质双频光栅条纹级数双射模型相位展开
4.2.1 光栅条纹级数集合
4.2.2 双频光栅条纹级数双射模型
4.2.3 绘制光栅条纹级数图像
4.2.4 相位展开实验验证
4.3 叶片绝对相位恢复实例
4.4 本章小结
第5章 绝对相位图像的无效相位值识别与去除
5.1 无效相位值简要分析
5.2 基于图像灰度梯度幅值平方的条纹级数粗炼
5.3 基于变种区域分裂-合并法的条纹级数精炼
5.4 无效相位值去除方法性能比较
5.5 本章小结
第6章 系统软件实现与实例测量分析
6.1 系统软件设计与实现
6.1.1 软件总体结构
6.1.2 软件功能模块
6.2 测量系统性能评估分析
6.2.1 扫描速度估算
6.2.2 分辨率计算
6.2.3 单次测量精度评估
6.2.4 稳定性分析
6.3 叶片实例测量分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 创新性成果
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
本文编号：3716213
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 基于光栅投影法的叶片三维测量现状分析
1.3 光栅投影法的关键技术研究现状分析
1.3.1 测量系统建模
1.3.2 绝对相位恢复
1.4 本文的研究体系
1.4.1 存在问题分析
1.4.2 研究思路与内容
1.4.3 章节安排
第2章 单目视觉光栅投影测量系统建模与构成
2.1 叶片测量的总体方案设计
2.2 单目视觉光栅投影测量系统数学建模
2.2.1 面阵CCD摄像机模型
2.2.2 相位-深度变换模型
2.3 单目视觉光栅投影测量系统结构设计
2.3.1 系统硬件选型
2.3.2 系统结构布局设计
2.4 本章小结
第3章 系统模型的参数标定与优化
3.1 基于改进消隐点模板的内部参数标定
3.1.1 消隐点与摄像机内部参数
3.1.2 常见消隐点模板存在的问题及改进
3.1.3 内部参数的线性标定原理
3.1.4 内部参数标定实验与结果比较
3.2 基于改进Tsai两步法的外部参数标定
3.2.1 Tsai两步法的不足与改进
3.2.2 外部参数的线性标定原理
3.2.3 外部参数标定实验与结果比较
3.3 基于棋盘格角点亚像素坐标相位的深度参数标定
3.3.1 深度参数标定原理
3.3.2 亚像素坐标相位提取
3.3.3 深度参数性能分析
3.4 基于坐标残差当量的非线性优化
3.5 测量系统参数的标定流程与实验结果
3.5.1 测量系统参数的标定流程
3.5.2 标定实验与参数评估
3.6 本章小结
第4章 光栅条纹图像的主值相位提取与展开
4.1 正交矢量图解双步相移主值相位提取
4.1.1 正交矢量图解相移的基本思想
4.1.2 正交矢量图解双三步相移方法
4.1.3 图解双三步相移的实验验证
4.2 互质双频光栅条纹级数双射模型相位展开
4.2.1 光栅条纹级数集合
4.2.2 双频光栅条纹级数双射模型
4.2.3 绘制光栅条纹级数图像
4.2.4 相位展开实验验证
4.3 叶片绝对相位恢复实例
4.4 本章小结
第5章 绝对相位图像的无效相位值识别与去除
5.1 无效相位值简要分析
5.2 基于图像灰度梯度幅值平方的条纹级数粗炼
5.3 基于变种区域分裂-合并法的条纹级数精炼
5.4 无效相位值去除方法性能比较
5.5 本章小结
第6章 系统软件实现与实例测量分析
6.1 系统软件设计与实现
6.1.1 软件总体结构
6.1.2 软件功能模块
6.2 测量系统性能评估分析
6.2.1 扫描速度估算
6.2.2 分辨率计算
6.2.3 单次测量精度评估
6.2.4 稳定性分析
6.3 叶片实例测量分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 创新性成果
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
本文编号：3716213
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3716213.html
