基于立体视觉的动态变形测量研究
本文关键词：基于立体视觉的动态变形测量研究 出处：《东南大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： 立体视觉 动态变形 相机外参标定 全表面测量 相机阵列
【摘要】：基于立体视觉的变形测试技术以其实验设备简单、对于环境要求低、非接触全场测量等优点,从现代光测力学技术中脱颖而出,已经在许多工业和工程领域得到了很好的应用。然而,随着对结构动态力学特性和破坏行为研究的不断深入,亟需通过实验手段对结构动态破坏全过程进行测试分析。在动态测试中,光学测试系统不仅对光源强度、相机同步及采样帧频等有更高的要求,同时,对动态变形的测量精度和测试范围也提出了很大的挑战。在多相机动态变形测量中,相机间位姿的变化是影响测量精度的重要因素。为了实现相机姿态的实时校正,本文提出了一种相机外参实时标定方法,用于消除测试过程中由于环境或者人为因素造成相机之间运动对测量精度的影响。该方法利用两个相机实时同步采集的图像中对应点构造共面方程,优化相机外参,根据测试过程中静止的基准点建立世界坐标系,数值模拟和真实实验都验证了该方法对提高位移测量精度的有效性。通过对测量精度影响因素的进一步分析,指出相机标定误差和图像匹配误差是测量误差的主要来源。将测量误差分为面内误差、离面误差和整体误差三种,采用数值模拟实验比较了系统不同的布置方式所产生的误差大小,利用图示法给出了直观解释。该结论对实际测量时的系统布置具有很好的指导意义。多相机联合测量是实现大范围变形测量的有效途径。采用自主设计的八相机全周动态变形测量系统实现了玄武岩纤维增强复合材料包裹混凝土柱全周动态变形测量。通过对三种误差的理论分析,详细探讨了八相机系统的布置方案,实际的应变测量结果与电阻应变计测量结果进行了比较,验证了系统的应变测量精度。与此同时,为了降低测试系统的复杂度和提高其易用性,基于立体视觉原理进一步提出了多相机二维全场数字图像相关方法。从理论上推导了二维数字图像相关方法中应变精度的影响因素,指出在位移精度一定的情况下,计算均匀应变时窗口越大则应变测量精度越高。因此,在改进的图像拼接方法基础上,提出了二维多相机变形测量方法,用以提高数字图像的空间分辨率。刚体平移实验和橡胶梁三点弯实验的测量结果都使得该方法的测量精度得到了验证。论文还针对大型结构的全表面变形测量需求,发展了基于相机阵列的结构动态测试方法,分析了阵列图像拼接误差,实现了基于相机标定的阵列图像实时校正,研制了相应的测试系统,并应用于浑浊介质中结构高清晰度大范围全表面成像。本论文针对动态测试过程中结构全表面高精度变形测量的一系列问题进行了深入研究,通过自主研制计算机软件,实现了动态测试中相机姿态的实时校正、阵列相机图像的实时校正与拼接,为实际工程构件的动态变形测试提供了可靠手段,具有很好的应用前景。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41
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，本文编号：1337030
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