【优秀硕士博士论文】三维动态变形视频测量关键技术研究.doc

博士学位论文
三维动态变形视频测量关键技术研究
学科专业:机械电子工程
2011年3月
论文题目:三维动态变形视频测量关键技术研究
学科专业:机械电子工程
摘要
变化和运动是客观世界的本质属性,人类视觉感知外界的重要线索就是物体的运动和变化。在过去的几十年中,面向物体外部形状和几何尺寸等几何量静态特征的测量与检测技术已日趋成熟,而面向物体在三维空间中的变形、位移、姿态、运动等动态特征获取的手段有限,但需求日益增长逐渐成为测量领域一个新的重要的研究方向。
针对工业和工程领域普遍存在的三维变形测量难题,本文融合工业摄影测量、计算机视觉和光学测量技术,D传感器的三维变形视觉测量方法。对三维动态变形视频测量方法所涉及的关键技术,包括人工特征标志点的图像检测与定位、立体像机标定、标志点的立体匹配、标志点的时间轴对应、三维变形测量系统的软硬件实现等问题进行了研究。论文从理论和实践两方面进行了深入系统地研究与探讨,针对部分关键问题提出创新解决方案,并进行了相应的实验验证和实际应用工作。主要研究内容及获得的成果如下:
(1)基于工业摄影测量和计算机视觉的基本理论,讨论了视频测量技术的工作原理,视觉几何中的单视几何、双视几何约束方程及其定向方法。研究了摄影测量中光束平差优化算法的基本原理和解算思路,为三维动态变形视频测量关键技术研究奠定理论基础。
(2)研究了平面人工特征标志点的亚像素快速检测及定位算法。对于图像中的标志点顺次进行目标快速定位,边缘检测,亚像素边缘修正,标志点中心拟合,非标志点目标剔除,编码点解码等处理,实现了图像中人工标志点的全自动快速提取,。
(3)研究了像机成像模型和镜头畸变模型,采用十个修正参数补偿相机镜头带来的成像误差。提出了一种适用于立体像
机的柔性像机标定及定向方法,采用印有圆形标志点的平面标定模板,事先无需知道和精确控制各标志点的三维坐标,只需知道两个对角标志点的距离。本方法模板印制简单,标定过程灵活高效,便于进行现场标定标定相对精度优于1/5000,。
(4)研究了立体相对中同名标志点的匹配问题,提出了一种鲁棒的标志点立体匹配算法。本文结合立体像对的核线约束和连续性约束,在核线匹配的基础上,利用区域分割来逐步缩小匹配搜索范围,根据已匹配标志点对邻域点进行匹配传播,使得匹配过程更加鲁棒,正确匹配率达到99%。
(5)研究了同名标志点在时间轴上的前后对应问题,提出了一种基于标志点三维轨迹预测的相似多目标跟踪方法。本文利用了物体表面点运动的平滑特性,用卡尔曼滤波器自适应地预测标志点的三维轨迹,根据标志点与轨迹的关联性确定匹配关系,从而完成时间轴上标志点的前后对应。本文方法比在图像上进行多目标跟踪的计算代价小,轨迹中断的概率低,能够准确快速地完成标志点的序列匹配。
(6)在上述理论与算法研究的基础上,开发出“XJTUDA三维动态变形测量系统”,对其三维测量精度进行了测试,。将本系统应用于金属薄板焊接变形测量试验、非刚体运动及变形测量实验,结果表明在不干扰目标本身变形及运动过程的情况下,测量结果可以直观地反映目标整体的变形及运动全貌。实验过程及结果显示了本文方法在三维变形测量领域中的适用性、准确性和测量结果的丰富性,在某些情况下甚至是唯一可行的测量手段。
关键词:三维动态变形;视频测量;机器视觉;像机标定;立体匹配
论文类型:应用研究
Title: XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
Speciality: XXXXXXXXXXX
Applicant: XXXXXXXXXXX
Supervisor: Prof. XXXXX
ABSTRACT
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The key parts in drip irrigation facilities are emitters. The structural design parameters of emitters can directly affect its performance and the function of the whole drip irrigation system ……
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2. Only ……
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