数字图像相关的精度验证方法及工程化应用研究
发布时间：2020-12-25 01:10
数字图像相关法是实验力学领域发展起来的最为成功的测量方法之一。现如今,数字图像相关方法已经从实验室走向了工程应用,且拥有众多商用和开源测量系统可以选择,说明数字图像相关方法已经非常完善了。从测量方法的发展规律来看,对于数字图像相关方法的研究工作应该从测量方法的优化向测量方法的拓展发展转变。本人博士期间的工作前期致力于测量精度的优化,后期致力于寻找一些拓展方法以期扩大数字图像相关方法的适用范围。围绕着促进数字图相关方法的发展这个主题,论文第一章讨论了数字图像相关方法的发展历程和现状,并给出了未来可能的发展趋势。论文第二章为了解决亚像素平移实验实施困难的问题。本文借助液晶显示屏本身像素间隔均一性很高的特点,设计实施了困扰研究人员很久的亚像素平移实验。同时研究了图像传感器的采图噪声、散斑图结构和插值算法等因素对相关测量精度的影响。发现图像的噪声涨落既依赖于相机种类,也与图像灰度成正比并实验上获得了插值偏差周期曲线。论文第三章将液晶屏幕平移实验应用于相机畸变标定评估中,提出了一种易于实行、高精度、适用于各种镜头的畸变标定精度实验评估方法。论文第四章为解决三维数字图像相关方法大视场测量难以标定的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２相机成像示意图??现在主流的相机标定方法主要有传统标定法、自标定法、主动标定法
?第１章绪?论???标定方法开始得到更多的关注。这里我们以平面模型标定方法［２６＿２８］简要说明标??定原理。平面模型标定方法需要相机拍摄多个姿态下的平面标定板（图１．３），依??赖标定板上的点有平面约束的特定，我们可以定义标定板上的每个点的世界坐??标，再根据小孔成像模型简化后的相机模型可以得到一组线性方程组，解这组方??程组可以得到内部参数和外部参数。之后带入非线性项畸变，再进行重投影误差??最小化优化得到完整的成像参数。该方法具有使用方便、标定精度高的特点。镜??头畸变引入的影响可以参考第三章的内容，在此不再详述。??ＭＭｉｌ??图１．３标定板不意图??（ａ）棋盘格标定板，（ｂ）圆形点阵标定板??对于双相机成像时我们不仅要得到两个单独相机的内外参数，我们还需要??两个相机之间的相对位置关系，我们称之为双相机系统的外部参数。我们定义从??世界坐标系到左相机光心坐标系之间的变换关系为＃｜扣，从世界坐标系到右相??机光心坐标系之间的变换关系为ｉｎ厂，从左相机光心坐标系到右相机光心坐??标系之间的变换关系为图１．４）。为了得到ｉ＾｜ｒ＼我们可以利用张正友??提出的平面模型标定方法，使两个相机同时拍摄一组标定板的图片，通过标定的??到的ｆ和广去求解得到护后可以通过用使重投影误差最??小的判据进行参数优化，在此不再赘述。其中世界坐标系是人为定义的一个坐标??系，为了计算的简洁，本文中我们定义世界坐标系与左相机光心坐标系重合，在??之后的描述中世界坐标系都与左相机光心坐标系重合。对于左相机，＃为单位??阵，：ｒ／为零阵。对于右相机，７－等于从左相机光学坐标到右相机光心坐标的??变换矩阵则我们可以得到方程组１．７，
?第１章绪?论???Ｚ??八ｚ?ｗ??，雜＇??Ｒｉｇｈｔ?ｉｍａｇｅ?ｐｌａｎｅ??Ｘ，??ｉ?Ｖ??Ｌｅｆｔ?ｃａｍｅｒａ?Ｒｉｇｈｔ?ｃａｍｅｒａ??￣＾Ｒｈ?Ｔ＾??图１．４三维数字图像相关测量系统的坐标关系示意??１．３数字图像相关方法的研究现状??数字图像相关技术己经非常成熟，市面上已经有多家界面友好功能强大的??商业测量系统。其中本人所在的中国科学技术大学光力学实验室联合东南大学??何小元教授课题组共同开发的三维数字图像相关系统ＰＭＬＡＢ?ＤＩＣ－３Ｄ己被国内??外众多单位采用。另外，需要注意的是开源数字图像相关软件近些年也有着长足??的进步ｆ２９＿３１ｌ。若作为数字图像相关方法的应用研宄者，界面友好、功能强大、技??术支持丰富的商用软件是更合理的选择。若考虑到成本有限，并且想对软件功能??做改进拓展的用户，开源软件是更好的选择。提供商用测量系统的公司或单位主??要有?Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、ＧＯＭ、Ｄａｎｔｅｃ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ、Ｉｍｅｔｒｕｍ、ＬａＶｉｓｉｏｎ、Ｍａｔｃｈ??ＩＤ、Ｉｍａｇｅ?Ｓｙｓｔｅｍｓ、苏州西博三维科技有限公司、南京中迅微传感技术有限公司??等。开源软件的选择主要有源于佐治亚理工的Ｎｃｏｒｒ、源于桑迪亚国家实验室的??ＤＩＣｅ、源于法国里尔机械实验室的ＹａＤＩＣｓ、源于罗马大学的ｐｙ２ＤＩＣ、源于麻省??理工的ＭｕｌｔｉＤＩＣ等。开源中的Ｎｃｏｒｒ和ＤＩＣｅ应用比较多，其中ＤＩＣｅ有着较好??的界面。ｐｙ２ＤＩＣ是基于Ｐｙｔｈｏｎ编写，有着很高的易读性。ＭｕｌｔｉＤＩＣ是麻省理工??学院为了测量残疾人的残肢在安装义肢过程中的全场形貌和变形而开
本文编号：2936658
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２相机成像示意图??现在主流的相机标定方法主要有传统标定法、自标定法、主动标定法
?第１章绪?论???标定方法开始得到更多的关注。这里我们以平面模型标定方法［２６＿２８］简要说明标??定原理。平面模型标定方法需要相机拍摄多个姿态下的平面标定板（图１．３），依??赖标定板上的点有平面约束的特定，我们可以定义标定板上的每个点的世界坐??标，再根据小孔成像模型简化后的相机模型可以得到一组线性方程组，解这组方??程组可以得到内部参数和外部参数。之后带入非线性项畸变，再进行重投影误差??最小化优化得到完整的成像参数。该方法具有使用方便、标定精度高的特点。镜??头畸变引入的影响可以参考第三章的内容，在此不再详述。??ＭＭｉｌ??图１．３标定板不意图??（ａ）棋盘格标定板，（ｂ）圆形点阵标定板??对于双相机成像时我们不仅要得到两个单独相机的内外参数，我们还需要??两个相机之间的相对位置关系，我们称之为双相机系统的外部参数。我们定义从??世界坐标系到左相机光心坐标系之间的变换关系为＃｜扣，从世界坐标系到右相??机光心坐标系之间的变换关系为ｉｎ厂，从左相机光心坐标系到右相机光心坐??标系之间的变换关系为图１．４）。为了得到ｉ＾｜ｒ＼我们可以利用张正友??提出的平面模型标定方法，使两个相机同时拍摄一组标定板的图片，通过标定的??到的ｆ和广去求解得到护后可以通过用使重投影误差最??小的判据进行参数优化，在此不再赘述。其中世界坐标系是人为定义的一个坐标??系，为了计算的简洁，本文中我们定义世界坐标系与左相机光心坐标系重合，在??之后的描述中世界坐标系都与左相机光心坐标系重合。对于左相机，＃为单位??阵，：ｒ／为零阵。对于右相机，７－等于从左相机光学坐标到右相机光心坐标的??变换矩阵则我们可以得到方程组１．７，
?第１章绪?论???Ｚ??八ｚ?ｗ??，雜＇??Ｒｉｇｈｔ?ｉｍａｇｅ?ｐｌａｎｅ??Ｘ，??ｉ?Ｖ??Ｌｅｆｔ?ｃａｍｅｒａ?Ｒｉｇｈｔ?ｃａｍｅｒａ??￣＾Ｒｈ?Ｔ＾??图１．４三维数字图像相关测量系统的坐标关系示意??１．３数字图像相关方法的研究现状??数字图像相关技术己经非常成熟，市面上已经有多家界面友好功能强大的??商业测量系统。其中本人所在的中国科学技术大学光力学实验室联合东南大学??何小元教授课题组共同开发的三维数字图像相关系统ＰＭＬＡＢ?ＤＩＣ－３Ｄ己被国内??外众多单位采用。另外，需要注意的是开源数字图像相关软件近些年也有着长足??的进步ｆ２９＿３１ｌ。若作为数字图像相关方法的应用研宄者，界面友好、功能强大、技??术支持丰富的商用软件是更合理的选择。若考虑到成本有限，并且想对软件功能??做改进拓展的用户，开源软件是更好的选择。提供商用测量系统的公司或单位主??要有?Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、ＧＯＭ、Ｄａｎｔｅｃ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ、Ｉｍｅｔｒｕｍ、ＬａＶｉｓｉｏｎ、Ｍａｔｃｈ??ＩＤ、Ｉｍａｇｅ?Ｓｙｓｔｅｍｓ、苏州西博三维科技有限公司、南京中迅微传感技术有限公司??等。开源软件的选择主要有源于佐治亚理工的Ｎｃｏｒｒ、源于桑迪亚国家实验室的??ＤＩＣｅ、源于法国里尔机械实验室的ＹａＤＩＣｓ、源于罗马大学的ｐｙ２ＤＩＣ、源于麻省??理工的ＭｕｌｔｉＤＩＣ等。开源中的Ｎｃｏｒｒ和ＤＩＣｅ应用比较多，其中ＤＩＣｅ有着较好??的界面。ｐｙ２ＤＩＣ是基于Ｐｙｔｈｏｎ编写，有着很高的易读性。ＭｕｌｔｉＤＩＣ是麻省理工??学院为了测量残疾人的残肢在安装义肢过程中的全场形貌和变形而开
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