单目视觉数字图像相关系统及其在大变形测量中的应用

摘要

实现对大变形应变场的测量以及完善对大变形的描述，是研究物质材料属性的基础。近年来，越来越多的应变测量手段得到发展，寻找一种测量精度高，适用于大变形的测量方法显得尤为重要。 本文以此出发，首先介绍了光测法和电测法等常用的应变测量手段，对比了各自的工作原理以及在不同领域中的应用，确定了运用数字图像相关方法进行大变形的应变测量。结合计算机视觉系统，可以准确地描述物体表面的三维形貌及变形特征。 本文从三个方面阐述了数字图像相关方法原理：相机标定、特征提取及匹配、三维重建。相机的标定技术主要介绍了线性成像模型，然后对比了自标定法、主动视觉标定法以及传统的相机标定法。图像信息的特征提取及匹配技术，本文介绍了 SIFR、SURF 特征匹配法。最后对双目视觉的三维重建做了简单的介绍，并以此为基础详细阐述了单目视觉的三维重建过程。 基于数字图像相关方法原理及技术，本文设计并搭建了一套单目视觉数字图像的大变形测量装置，详细阐述了整体设计指标，以及各模块的工作机理和设计目的。之后利用现有的材料试验机进行了橡胶拉伸测量实验，获得了橡胶在大变形实验中的位移场。结合实验数据，对变形状态下线元的拉伸和转动变形进行了分析，得到了橡胶试件在大变形状态下的应变和曲率，完善了大变形的度量。

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