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以其實驗設備簡單、對于環(huán)境要求低、非接觸全場測量等優(yōu)點，從現(xiàn)代光測力學技術中脫穎而出，已經(jīng)在許多工業(yè)和工程領域得到了很好的應用。然而，隨著對結構動態(tài)力學特性和破壞行為研究的不斷深入，亟需通過實驗手段對結構動態(tài)破壞全過程進行測試分析。在動態(tài)測試中，光學測試系統(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點構造共面方程，優(yōu)化相機外參，根據(jù)測試過程中靜止的基準點建立世界坐標系，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。該結論對實際測量時的系統(tǒng)布置具有很好的指導意義。
　　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，詳細探討了八相機系統(tǒng)的布置方案，實際的應變測量結果與電阻應變計測量結果進行了比較

4、，驗證了系統(tǒng)的應變測量精度。
　　與此同時，為了降低測試系統(tǒng)的復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)字圖像相關方法。從理論上推導了二維數(shù)字圖像相關方法中應變精度的影響因素，指出在位移精度一定的情況下，計算均勻應變時窗口越大則應變測量精度越高。因此，在改進的圖像拼接方法基礎上，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。
　　論文還針對大型結構的全表面變形測量需求，發(fā)展了基于相機陣列的結構動態(tài)測試方法，分析了陣列圖像拼接誤差，實現(xiàn)了基于相機標定的陣列圖像實時校正，研制了相應的測試系統(tǒng)，并應用于渾濁介質中結構高清晰度大范圍全表面成像。
　　本論文針對動態(tài)測試過程中結構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，為實際工程構件的動態(tài)變形測試提供了可