双目视觉下振动台试件变形位移测量方法研究

摘要

振动台试验是研究结构试件抗震性能的一种重要方法，通过对振动台输入不同的激励信号，获取结构试件的特定测试点在不同激励信号下的速度、位移等运动参数。其中对特定测试点的位移进行相关分析，得到特定测试点处结构试件的变形位移具有重要的实际意义。
　　本文将机器视觉技术应用到振动台试验中结构试件特定测试点处变形位移测量中，利用两台摄像机同步对随振动台一起运动的结构试件进行视频采样，然后通过对图像进行相关处理与分析，基于双目视觉测量原理及本文提出的测量算法计算出结构试件的变形位移，从一种新的渠道为振动台试验提供更广泛的数据。本文研究的主要工作内容有以下几个方面：
　　(1)为了提高结构试件变形位移的测量精度，设计了一种用回光反射材料制作的人工圆形标志粘贴在被测结构试件表面，利用图像处理相关知识对粘贴有人工圆形标志的试件图像进行处理分析，通过对几种处理方法的处理效果及处理速度的对比，从中选择出相应的合适算法。针对处理过程中出现人工标志与背景粘连进行了处理，消除了粘连，并利用改进的最小二乘椭圆拟合算法对人工标志进行了拟合定位。
　　(2)针对左右两摄像机对应时刻图像中人工标志点的匹配问题，采用了基于对称性测验的极线约束准则。对于序列图像中人工标志点的跟踪，采用了Kalman滤波算法。
　　(3)对摄像机标定原理进行了深入的研究分析，并利用张氏标定法对摄像机进行了标定，在标定实验中不但考虑了畸变，而且对精度采取多层次细化纠错，完成了对摄像机的高精度标定。另外针对本文的研究对象，在双目视觉测量原理基础上提出了自己的测量算法，并对振动台在固定位移信号下试件的位移和正弦波信号激励下试件的变形位移进行了测量，由测量结果可知符合客观事实。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 机器视觉技术简介

1.3 机器视觉技术在结构变形位移检测应用中的研究现状与趋势

1.4 本文主要研究内容和组织结构

第2章 人工标志的设计及其定位

2.1 引言

2.2 人工标志设计

2.3 图像预处理

2.4 目标定位算法选择及分析

2.5 拟合实验结果及对比

2.6 本章小结

第3章 特征点匹配与跟踪

3.1 引言

3.2 特征点匹配

3.3 特征点跟踪

3.4 本章小结

第4章 摄像机标定及三维测量分析

4.1 引言

4.2 摄像机标定模型分析

4.3 相机标定方法

4.4 双目立体视觉测量的数学分析

4.5 本章小结

第5章 试验方案设计及结果分析

5.1 引言

5.2 试验方案概述

5.3 硬件部分

5.4 软件部分

5.5 试验结果及分析

5.6 本章小结

总结与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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