基于數(shù)字散斑相關(guān)方法的視覺(jué)變形測(cè)量技術(shù)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(cè)量的研究在材料測(cè)試、強(qiáng)度試驗(yàn)、質(zhì)量控制、逆向工程等領(lǐng)域具有十分重要的意義。近年來(lái)，視覺(jué)測(cè)量的方法由于其非接觸性、高靈敏度、高測(cè)量精度、高自動(dòng)化而日益受到人們的重視。數(shù)字散斑相關(guān)方法是一種全場(chǎng)、非接觸的光測(cè)方法，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的一種圖像測(cè)量方法，已經(jīng)被作為一種變形測(cè)量的有效手段應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)力學(xué)、各種工程方面及其他科研領(lǐng)域。但這種光學(xué)測(cè)量方法只能測(cè)量平面物體的面內(nèi)位移,

2、為了滿(mǎn)足對(duì)平面或曲面物體表面的三維變形測(cè)量的迫切要求，將二維數(shù)字散斑相關(guān)方法拓展到三維數(shù)字散斑相關(guān)變形測(cè)量是非常必要的。
　　課題“基于數(shù)字散斑相關(guān)方法的視覺(jué)變形測(cè)量技術(shù)研究”是在對(duì)二維數(shù)字散斑相關(guān)方法研究的基礎(chǔ)上，將雙目立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)引入到二維數(shù)字散斑相關(guān)方法中，實(shí)現(xiàn)了三維變形全場(chǎng)、非接觸測(cè)量。對(duì)于此變形測(cè)量研究，需要重點(diǎn)解決二維相關(guān)搜索精度和速度問(wèn)題、三維相關(guān)立體視覺(jué)匹配問(wèn)題、雙攝像機(jī)參數(shù)精確校準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
　　

3、在二維數(shù)字散斑相關(guān)方法研究中，對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，為了提高搜索速度和計(jì)算精度，確定了主峰尖銳、計(jì)算簡(jiǎn)便的相關(guān)系數(shù)公式；在分析已有相關(guān)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，提出了自適應(yīng)遺傳算法用于二維相關(guān)搜索，獲得面內(nèi)變形信息；確定了亞像素估計(jì)方法；用數(shù)學(xué)方法生成模擬的數(shù)字散斑圖像，對(duì)提出的自適應(yīng)遺傳算法進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的方法收斂速度快，計(jì)算精度高。
　　在三維數(shù)字散斑相關(guān)方法的研究中，將立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)引入到數(shù)字散斑相關(guān)方法中

4、。研究了空間三維坐標(biāo)求解方法。為了解決立體視覺(jué)中最主要的匹配問(wèn)題，本文提出了一種用于數(shù)字散斑相關(guān)方法的立體視覺(jué)匹配方法，該方法利用立體視覺(jué)外極線(xiàn)約束與數(shù)字散斑圖像點(diǎn)子區(qū)灰度相關(guān)性結(jié)合的判別準(zhǔn)則，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)攝像機(jī)攝取圖像的同名點(diǎn)的快速、準(zhǔn)確匹配。完成立體匹配后，根據(jù)變形前后同一點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)一步計(jì)算獲得三維變形量。
　　對(duì)于保證系統(tǒng)測(cè)量精度的重要環(huán)節(jié)之一的攝像機(jī)參數(shù)校準(zhǔn)，論文提出了一種基于三維空間標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與改進(jìn)兩步法的攝像機(jī)參

5、數(shù)校準(zhǔn)方法。采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭上的紅外LED作為特征點(diǎn)，隨坐標(biāo)機(jī)的運(yùn)動(dòng)給出精確三維空間標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)；采用近光軸畸變小的圖像點(diǎn)和相應(yīng)的空間點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性估計(jì)求得參數(shù)的初始值；然后利用所有的空間點(diǎn)，以空間點(diǎn)到對(duì)應(yīng)反投射線(xiàn)距離最小作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行非線(xiàn)性估計(jì)。該校準(zhǔn)方法克服了立體校準(zhǔn)模板加工和校準(zhǔn)都比較困難、平面模板校準(zhǔn)方法自身精度低的缺點(diǎn)，由于對(duì)校準(zhǔn)空間點(diǎn)到對(duì)應(yīng)反投射線(xiàn)距離進(jìn)行了優(yōu)化，從而保證了空間距離誤差的最小，提高了校準(zhǔn)精度。此外，線(xiàn)性和非線(xiàn)