基于立體視覺的動(dòng)態(tài)變形測(cè)量研究.pdf

1、基于立體視覺的變形測(cè)試技術(shù)以其實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單、對(duì)于環(huán)境要求低、非接觸全場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，從現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)技術(shù)中脫穎而出，已經(jīng)在許多工業(yè)和工程領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。然而，隨著對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)特性和破壞行為研究的不斷深入，亟需通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)破壞全過(guò)程進(jìn)行測(cè)試分析。在動(dòng)態(tài)測(cè)試中，光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)不僅對(duì)光源強(qiáng)度、相機(jī)同步及采樣幀頻等有更高的要求，同時(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)變形的測(cè)量精度和測(cè)試范圍也提出了很大的挑戰(zhàn)。
　　在多相機(jī)動(dòng)態(tài)變形測(cè)量中，相機(jī)間位姿的變

2、化是影響測(cè)量精度的重要因素。為了實(shí)現(xiàn)相機(jī)姿態(tài)的實(shí)時(shí)校正，本文提出了一種相機(jī)外參實(shí)時(shí)標(biāo)定方法，用于消除測(cè)試過(guò)程中由于環(huán)境或者人為因素造成相機(jī)之間運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。該方法利用兩個(gè)相機(jī)實(shí)時(shí)同步采集的圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)構(gòu)造共面方程，優(yōu)化相機(jī)外參，根據(jù)測(cè)試過(guò)程中靜止的基準(zhǔn)點(diǎn)建立世界坐標(biāo)系，數(shù)值模擬和真實(shí)實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證了該方法對(duì)提高位移測(cè)量精度的有效性。
　　通過(guò)對(duì)測(cè)量精度影響因素的進(jìn)一步分析，指出相機(jī)標(biāo)定誤差和圖像匹配誤差是測(cè)量誤差的主要來(lái)源。將

3、測(cè)量誤差分為面內(nèi)誤差、離面誤差和整體誤差三種，采用數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)比較了系統(tǒng)不同的布置方式所產(chǎn)生的誤差大小，利用圖示法給出了直觀解釋。該結(jié)論對(duì)實(shí)際測(cè)量時(shí)的系統(tǒng)布置具有很好的指導(dǎo)意義。
　　多相機(jī)聯(lián)合測(cè)量是實(shí)現(xiàn)大范圍變形測(cè)量的有效途徑。采用自主設(shè)計(jì)的八相機(jī)全周動(dòng)態(tài)變形測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包裹混凝土柱全周動(dòng)態(tài)變形測(cè)量。通過(guò)對(duì)三種誤差的理論分析，詳細(xì)探討了八相機(jī)系統(tǒng)的布置方案，實(shí)際的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果與電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較

4、，驗(yàn)證了系統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量精度。
　　與此同時(shí)，為了降低測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜度和提高其易用性，基于立體視覺原理進(jìn)一步提出了多相機(jī)二維全場(chǎng)數(shù)字圖像相關(guān)方法。從理論上推導(dǎo)了二維數(shù)字圖像相關(guān)方法中應(yīng)變精度的影響因素，指出在位移精度一定的情況下，計(jì)算均勻應(yīng)變時(shí)窗口越大則應(yīng)變測(cè)量精度越高。因此，在改進(jìn)的圖像拼接方法基礎(chǔ)上，提出了二維多相機(jī)變形測(cè)量方法，用以提高數(shù)字圖像的空間分辨率。剛體平移實(shí)驗(yàn)和橡膠梁三點(diǎn)彎實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果都使得該方法的測(cè)量精度得到了驗(yàn)

5、證。
　　論文還針對(duì)大型結(jié)構(gòu)的全表面變形測(cè)量需求，發(fā)展了基于相機(jī)陣列的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，分析了陣列圖像拼接誤差，實(shí)現(xiàn)了基于相機(jī)標(biāo)定的陣列圖像實(shí)時(shí)校正，研制了相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，并應(yīng)用于渾濁介質(zhì)中結(jié)構(gòu)高清晰度大范圍全表面成像。
　　本論文針對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程中結(jié)構(gòu)全表面高精度變形測(cè)量的一系列問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，通過(guò)自主研制計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)測(cè)試中相機(jī)姿態(tài)的實(shí)時(shí)校正、陣列相機(jī)圖像的實(shí)時(shí)校正與拼接，為實(shí)際工程構(gòu)件的動(dòng)態(tài)變形測(cè)試提供了可