基于數(shù)字散斑相關方法的視覺變形測量技術研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，材料或結(jié)構(gòu)件在各種載荷作用下的三維變形及形貌測量的研究在材料測試、強度試驗、質(zhì)量控制、逆向工程等領域具有十分重要的意義。近年來，視覺測量的方法由于其非接觸性、高靈敏度、高測量精度、高自動化而日益受到人們的重視。數(shù)字散斑相關方法是一種全場、非接觸的光測方法，是應用計算機視覺技術的一種圖像測量方法，已經(jīng)被作為一種變形測量的有效手段應用于實驗力學、各種工程方面及其他科研領域。但這種光學測量方法只能測量平面物體的面內(nèi)位移,

2、為了滿足對平面或曲面物體表面的三維變形測量的迫切要求，將二維數(shù)字散斑相關方法拓展到三維數(shù)字散斑相關變形測量是非常必要的。
　　課題“基于數(shù)字散斑相關方法的視覺變形測量技術研究”是在對二維數(shù)字散斑相關方法研究的基礎上，將雙目立體視覺測量技術引入到二維數(shù)字散斑相關方法中，實現(xiàn)了三維變形全場、非接觸測量。對于此變形測量研究，需要重點解決二維相關搜索精度和速度問題、三維相關立體視覺匹配問題、雙攝像機參數(shù)精確校準等關鍵技術問題。
　　

3、在二維數(shù)字散斑相關方法研究中，對一些關鍵技術進行了深入的研究，為了提高搜索速度和計算精度，確定了主峰尖銳、計算簡便的相關系數(shù)公式；在分析已有相關計算方法的基礎上，提出了自適應遺傳算法用于二維相關搜索，獲得面內(nèi)變形信息；確定了亞像素估計方法；用數(shù)學方法生成模擬的數(shù)字散斑圖像，對提出的自適應遺傳算法進行驗證，實驗結(jié)果表明所提出的方法收斂速度快，計算精度高。
　　在三維數(shù)字散斑相關方法的研究中，將立體視覺測量技術引入到數(shù)字散斑相關方法中

4、。研究了空間三維坐標求解方法。為了解決立體視覺中最主要的匹配問題，本文提出了一種用于數(shù)字散斑相關方法的立體視覺匹配方法，該方法利用立體視覺外極線約束與數(shù)字散斑圖像點子區(qū)灰度相關性結(jié)合的判別準則，可以實現(xiàn)兩個攝像機攝取圖像的同名點的快速、準確匹配。完成立體匹配后，根據(jù)變形前后同一點的三維坐標，進一步計算獲得三維變形量。
　　對于保證系統(tǒng)測量精度的重要環(huán)節(jié)之一的攝像機參數(shù)校準，論文提出了一種基于三維空間標準數(shù)據(jù)點與改進兩步法的攝像機參

5、數(shù)校準方法。采用三坐標測量機測頭上的紅外LED作為特征點，隨坐標機的運動給出精確三維空間標準數(shù)據(jù)點；采用近光軸畸變小的圖像點和相應的空間點進行線性估計求得參數(shù)的初始值；然后利用所有的空間點，以空間點到對應反投射線距離最小作為優(yōu)化目標進行非線性估計。該校準方法克服了立體校準模板加工和校準都比較困難、平面模板校準方法自身精度低的缺點，由于對校準空間點到對應反投射線距離進行了優(yōu)化，從而保證了空間距離誤差的最小，提高了校準精度。此外，線性和非線