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海浪浪高数字化测试方法研究

作　者: 吴飞
导　师: 王向军
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 结构光 海浪测试 共线方程 标定 三维可视化 造波
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


依据项目对高精度、实时性海浪浪高测试技术的需求,在详细阐述国内外发展现状的基础上,本文研究了一种基于结构光视觉测量技术的海浪浪高测试方法。针对水波图像的特殊性,围绕结构光视觉检测中图像特征提取、视觉传感器测量及标定等若干关键技术,从理论和实践上进行了一系列的研究,并设计完成了相应的实验验证工作。实验表明,本文所述海浪浪高测试方法,精度可靠,实时性好,能够满足海浪浪高实时测试的需求。本文的主要内容以及创新点包括:1.叙述了海浪浪高测试的研究背景以及国内外研究概况,并对用于海浪浪高测试的几种方案进行对比,提出了一种基于结构光视觉测量技术的海浪浪高测试方法,并对其中的主要问题和技术难点进行了详细阐述。2.从对水面光学特性的分析出发,针对水面光条灰度分布情况,本文提出了一种基于图像灰度统计和图像二值化的光条中心快速提取方法,突破了传统的线结构光光条提取方式。实验表明,该方法切实可行,操作方便,能实现对水波光条图像中心的提取。3.对结构光视觉测量原理以及摄像机成像模型进行了具体的论述与分析,建立了基于共线方程的浪高解算模型。研究了各类摄像机标定方法,选择了一种基于棋盘格靶标的摄像机标定方法。该标定方法可以标定出摄像机内外参数,标定精度较高,方便实用,无需高精度的标定块。4.在总结线结构光视觉测量技术的传统系统标定方法基础上,研究了一种基于激光交线的系统间接标定方法,给出了现场具体的标定步骤。通过光平面标定参数评价表明,标定结果可靠,易于实现。5.根据水波理论,完成了基于摇板式造波方法的数字化测试实验平台的搭建。依据OpenGL的工作机理,实现了水波三维可视化软件平台的设计。为了验证文中测试方法以及系统标定的精度,在数字化测试实验平台上完成了系统标定精度的验证实验、静态水面测试精度的验证实验以及动态浪高的测试实验。实验数据以及结果表明,本文基于结构光视觉测量技术的海浪浪高测试方法可行,实时性好,可以以优于1mm的测试精度实现对海浪浪高的测试。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题研究背景介绍  9-10
    1.1.1 课题研究背景  9
    1.1.2 国内外相关技术综述  9-10
  1.2 课题技术方案  10-12
    1.2.1 课题技术方案  11-12
    1.2.2 课题主要问题和技术难点  12
  1.3 主要研究工作  12-14
第二章 水波图像的分析与处理  14-27
  2.1 水波光条图像特性分析  14-18
    2.1.1 理想光条特性与提取  14-16
    2.1.2 水波光条图像特性分析  16-18
  2.2 水波光条图像的分析与处理  18-26
    2.2.1 水波光条图像的分割与提取方法研究  18-23
    2.2.2 基于距离判据的斑点剔除方法  23-24
    2.2.3 光条中心数据的优化  24-25
    2.2.4 水波图像处理的动态实时性分析  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 浪高测量模型以及标定  27-50
  3.1 基于共线方程的浪高测量模型与分析  27-32
    3.1.1 线结构光三维视觉测量原理  27-28
    3.1.2 基于共线方程的浪高测量模型  28-30
    3.1.3 结构光三维测量的误差分析  30-32
  3.2 摄像机标定技术与结果分析  32-44
    3.2.1 传统的摄像机标定技术  34-37
    3.2.2 基于棋盘靶标的摄像机标定方法  37-41
    3.2.3 考虑畸变系数  41-42
    3.2.4 标定精度评价  42-44
  3.3 基于激光交线的光平面参数标定与分析  44-49
    3.3.1 传统光平面标定方法  44-46
    3.3.2 基于激光交线的标定方法的实现  46-47
    3.3.3 标定实验与结果分析  47-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章 实验与结果分析  50-69
  4.1 实验系统  50-57
    4.1.1 实验系统工作原理  50-51
    4.1.2 实验装置的组成  51-53
    4.1.3 实验系统软件平台的设计  53-57
  4.2 实验与结果分析  57-68
    4.2.1 测试系统标定验证实验及精度分析  58-61
    4.2.2 静态水面测试实验与结果分析  61-65
    4.2.3 海浪浪高动态测试实验与结果分析  65-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章 总结与展望  69-71
  5.1 全文总结  69
  5.2 研究方向与展望  69-71
参考文献  71-75
发表论文和科研情况说明  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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