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直升机桨叶变形摄像测量技术研究

作　者: 刘荣明
导　师: 高亚东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 人工标志点数字图像相关方法相机标定直升机桨叶变形测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

摄像测量具有简单、无损、非接触、实时分析与控制等优点，在科学研究和工程实际领域得到了广泛的应用。鉴于此，本文以摄像测量桨叶变形为研究背景，系统地开展摄像测量桨叶变形方法的研究，构建简单适用的三维变形测量系统。本文首先以相机成像模型为理论基础，结合张正友标定法，开发圆心模板标定程序。利用单相机测量二维平面内的变形，分析相机品质、相机标定方法和相机视场大小对测量精度的影响。其次根据数字图像相关方法的原理，确定位移模式、相关函数、搜索方法和亚像素估计方法。针对以往Newton-Raphson算法初值估计耗时长的不足，提出基于Harris角点检测匹配的初值估计方法，优化Newton-Raphson算法中插值方法，通过仿真试验验证新初值估计方法和插值方法的计算速度和效率。并利用本文的数字图像相关方法对铝试件拉伸变形和铝材泊松比进行测量。再次，对双目测量系统的标定方法进行研究，根据双目摄像测量原理，利用图像中特征点匹配进行三维重建，获得特征点空间位移。通过对平移位移和等强度梁弯曲变形测量的试验，比较基于标志点双目摄像测量和三维数字图像相关方法的测量精度。最后分析测量旋转叶片变形的双目摄像测量系统硬件的参数要求，建立简单的测量系统，并对静态桨叶弯扭变形和旋转风扇叶片变形进行测量，验证该系统的可靠性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-20
  1.1 引言  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-18
    1.2.1 摄像测量的起源与发展  14
    1.2.2 基于人工标志点摄像测量的研究现状  14-16
    1.2.3 基于数字图像相关摄像测量的研究现状  16-18
  1.3 本文主要工作  18-20
第二章单相机标定与测量位移方法的研究  20-37
  2.1 引言  20
  2.2 相机标定模型  20-23
    2.2.1 小孔成像模型  20-21
    2.2.2 通用摄像机模型  21-22
    2.2.3 相机镜头畸变模型  22-23
  2.3 相机标定的张正友法  23-26
    2.3.1 投影模型  24-25
    2.3.2 求解标定参数  25-26
    2.3.3 参数优化  26
  2.4 平面圆心标定程序设计  26-29
    2.4.1 标定模板设计  26-27
    2.4.2 圆心检测方法  27-28
    2.4.3 圆心标定程序实现  28-29
  2.5 单目摄像测量位移原理  29-30
  2.6 单目摄像测量位移试验  30-35
    2.6.1 验证单目摄像测量精度的平移试验  30-31
    2.6.2 工业摄像机与单反相机测量精度对比分析  31-33
    2.6.3 相机标定方法对测量精度影响分析  33-34
    2.6.4 视场大小对测量精度影响分析  34-35
  2.7 本章小结  35-37
第三章快速数字图像相关方法的研究  37-55
  3.1 引言  37
  3.2 数字图像相关方法的基本原理  37-41
    3.2.1 位移模式的选择  37-39
    3.2.2 相关函数的选择  39-40
    3.2.3 搜索方法的选择  40-41
  3.3 基于 Harris 角点检测匹配的初值估计  41-43
    3.3.1 Harris 角点检测原理  42-43
    3.3.2 RANSAC 算法  43
  3.4 高效快速插值方法  43-46
  3.5 基于 Harris 角点检测匹配的快速数字图像相关算法仿真验证试验  46-50
    3.5.1 模拟散斑图的基本原理  46-47
    3.5.2 基于 Harris 角点检测匹配数字图像相关的仿真结果  47-50
  3.6 数字散斑相关方法测量变形试验  50-53
    3.6.1 验证数字散斑相关方法测量精度的平移试验  50-52
    3.6.2 数字散斑相关方法测量铝试件拉伸变形试验  52-53
  3.7 本章小结  53-55
第四章双目摄像测量三维变形的研究  55-68
  4.1 引言  55
  4.2 双目摄像测量的模型  55-56
  4.3 双目摄像测量系统标定方法  56-57
  4.4 基于标志点的匹配与三维重建  57-58
    4.4.1 标志点立体匹配  57-58
    4.4.2 三维重建  58
  4.5 数字图像相关的立体匹配与三维重建  58-59
  4.6 双目摄像测量三维变形试验  59-67
    4.6.1 验证双目摄像测量精度的平移试验  59-62
    4.6.2 基于标志点双目测量三维变形测量试验  62-63
    4.6.3 基于编码圆摄像测量三维全场变形试验  63-64
    4.6.4 基于数字散斑测量三维全场变形试验  64-67
  4.7 结论  67-68
第五章测量旋转叶片的双目摄像系统研究及试验  68-81
  5.1 引言  68
  5.2 静态桨叶变形测量  68-71
    5.2.1 基于标志点测量桨叶变形  68-69
    5.2.2 基于编码标志点测量桨叶全场变形  69-71
  5.3 基于散斑测量桨叶全场变形  71-72
  5.4 测量旋转叶片的双目摄像系统研究  72-76
  5.5 旋转风扇叶片变形测量  76-80
  5.6 本章小结  80-81
第六章总结与展望  81-83
  6.1 工作总结  81
  6.2 进一步工作展望  81-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
在学期间的研究成果及发表的学术论文  87

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