基于立體視覺的動態(tài)變形測量研究.pdf

1、基于立體視覺的變形測試技術(shù)以其實驗設(shè)備簡單、對于環(huán)境要求低、非接觸全場測量等優(yōu)點，從現(xiàn)代光測力學(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，隨著對結(jié)構(gòu)動態(tài)力學(xué)特性和破壞行為研究的不斷深入，亟需通過實驗手段對結(jié)構(gòu)動態(tài)破壞全過程進行測試分析。在動態(tài)測試中，光學(xué)測試系統(tǒng)不僅對光源強度、相機同步及采樣幀頻等有更高的要求，同時，對動態(tài)變形的測量精度和測試范圍也提出了很大的挑戰(zhàn)。
　　在多相機動態(tài)變形測量中，相機間位姿的變

2、化是影響測量精度的重要因素。為了實現(xiàn)相機姿態(tài)的實時校正，本文提出了一種相機外參實時標(biāo)定方法，用于消除測試過程中由于環(huán)境或者人為因素造成相機之間運動對測量精度的影響。該方法利用兩個相機實時同步采集的圖像中對應(yīng)點構(gòu)造共面方程，優(yōu)化相機外參，根據(jù)測試過程中靜止的基準(zhǔn)點建立世界坐標(biāo)系，數(shù)值模擬和真實實驗都驗證了該方法對提高位移測量精度的有效性。
　　通過對測量精度影響因素的進一步分析，指出相機標(biāo)定誤差和圖像匹配誤差是測量誤差的主要來源。將

3、測量誤差分為面內(nèi)誤差、離面誤差和整體誤差三種，采用數(shù)值模擬實驗比較了系統(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)論對實際測量時的系統(tǒng)布置具有很好的指導(dǎo)意義。
　　多相機聯(lián)合測量是實現(xiàn)大范圍變形測量的有效途徑。采用自主設(shè)計的八相機全周動態(tài)變形測量系統(tǒng)實現(xiàn)了玄武巖纖維增強復(fù)合材料包裹混凝土柱全周動態(tài)變形測量。通過對三種誤差的理論分析，詳細(xì)探討了八相機系統(tǒng)的布置方案，實際的應(yīng)變測量結(jié)果與電阻應(yīng)變計測量結(jié)果進行了比較

4、，驗證了系統(tǒng)的應(yīng)變測量精度。
　　與此同時，為了降低測試系統(tǒng)的復(fù)雜度和提高其易用性，基于立體視覺原理進一步提出了多相機二維全場數(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，計算均勻應(yīng)變時窗口越大則應(yīng)變測量精度越高。因此，在改進的圖像拼接方法基礎(chǔ)上，提出了二維多相機變形測量方法，用以提高數(shù)字圖像的空間分辨率。剛體平移實驗和橡膠梁三點彎實驗的測量結(jié)果都使得該方法的測量精度得到了驗

5、證。
　　論文還針對大型結(jié)構(gòu)的全表面變形測量需求，發(fā)展了基于相機陣列的結(jié)構(gòu)動態(tài)測試方法，分析了陣列圖像拼接誤差，實現(xiàn)了基于相機標(biāo)定的陣列圖像實時校正，研制了相應(yīng)的測試系統(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。
　　本論文針對動態(tài)測試過程中結(jié)構(gòu)全表面高精度變形測量的一系列問題進行了深入研究，通過自主研制計算機軟件，實現(xiàn)了動態(tài)測試中相機姿態(tài)的實時校正、陣列相機圖像的實時校正與拼接，為實際工程構(gòu)件的動態(tài)變形測試提供了可