基于单相机的数字图像相关方法及其应用

发布时间：2021-10-28 07:52

　　在现代光测力学中,数字图像相关方法因其非接触式全场测量、环境适应性好等优点,被广泛应用于实验力学与其他交叉学科研究领域。目前,用于工业检测领域的三维数字图像相关方法仍然以双相机成像系统为主,在狭小空间进行测量时,存在两个相机间基线长度不足导致系统无法放置的问题;在应用于动态测量时,则存在相机间的同步问题。针对传统双相机的应用局限性,本文提出了一种基于单相机的三维数字图像相关方法,并将其应用于管道的无损检测与蜂窝夹芯板的低速冲击中。主要的研究内容有以下几个方面:1、将单相机与两个双棱镜结合,组成单相机-双棱镜测量系统。通过研究其成像原理,建立了单相机三维数字图像相关方法的光学模型,并且给出了观测视场的调节范围。另外,以传统双相机测量结果为基准,通过形貌重建与刚体位移实验得到,两种方法的最大相对误差小于1%,验证了方法的准确性。2、将单相机三维数字图像相关方法应用于管道的无损检测,重建了管道表面的缺陷形貌,测得表面变形最深处占管道直径的16.5%。同时,采用同轴光源照明,对长为750mm、直径为40mm的管道内部进行缺陷检测。测量得到,管道内焊缝缺陷呈现“月牙”形状,其距底部约为86mm,... 

【文章来源】：山东理工大学山东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

二维数字图像相关方法匹配过程:（a）参考图像;（b）目标图像

相关方法进行改进，设法提高计算效率：潘兵等人[9,10]优化了原有的N-R方法，提出无冗余计算的N-R算法，大大提高了计算速度；蒋震宇等人[11]提出基于快速Fourier变化的互相关算法与反相组合高斯牛顿算法(InversecompositionalGauss-Newton,IC-GN)相结合，实现并行计算效果；邵新星等[12]提出一种基于种子点扩散的并行计算方法，通过传递初值估计来减少迭代次数，从而提高计算速度。总之，基于方法的基本原理，研究者们进行了一系列重要改进，推动二维数字图像相关方法走向成熟。1.3三维数字图像相关方法研究图1.2三维数字图像相关方法测量系统Fig.1.2Themeasurementsystemof3D-DICmethod

山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4三维数字图像相关方法是基于双目立体视觉原理的一种三维空间变形测量方法，不同于2D-DIC，该方法可以同时测量试件的面内变形与离面变形情况。三维数字图像相关方法测量系统通常由两个相机、外置冷光源、待测物体与计算机组成，测量系统如图1.2所示。如图1.3所示为双目成像基本原理图，图中wwwwOXYZ为世界坐标系，1111oxyz和2222oxyz分别为左、右相机坐标系，1O、2O分别为左、右相机光心。图中可以看出，待测点PX,Y,Z在左、右相机中分别成像于111Pu,v点和222Pu,v点，相机光心与成像点连线的反向延长线必定相交于P点，由两条相交直线即可确定空间中P点的坐标，因此可以确定P点的空间位置。之后由两相机的标定参数可以计算得到P点的空间坐标，进而可以完全确定世界坐标系中P点的位置。图1.3双目立体成像示意图Fig.1.3Schematicdiagramofbinocularstereoimaging三维数字图像相关方法在实际测量中的应用较为广泛，受到学者们的青睐，因此，基于方法的基本原理，研究者们提出了多种优化算法和测量系统，扩展了该方法在工程测量中的应用范围。其中，该方法中相机标定与图像空间匹配是两个关键技术。相机标定即确定相机内、外参数的过程。标定的精度将直接影响测量精度，并且由标定误差引起的测量误差不能通过优化算法来解决[13]。相机标定最早由Luo和Sutton等人[14]在实验中进行，两相机始终对一散斑图清晰成像，后将散斑图放在三维平动台上多次平移，利用图像匹配方法计算目标图像中多个像点的平移距离，以此确定相机的标定参数。利用该方法，研究者们进行诸多实验[15,16]，但因操作繁琐计算复杂等因素，制约了其在应用中的推广。目前，应用最多的相机标定方法是由张正友提出

【参考文献】：
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博士论文
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本文编号：3462511