增强现实技术在旋转机械状态监测中的应用研究

摘要

旋转机械的安全直接关系着整个机械系统的安全。随着现代工业的不断进步和计算机科学的迅速发展，机械系统正日益向大型化、集成化和自动化的方向发展，对旋转机械系统的动态监测提出了新的要求，因此迫切需要一个三维的、更加直观形象的旋转机械状态监测环境，能实时地显示机械设备的运行状态信息，能立体地展示机械设备的结构，能真实地显示机械设备运行环境。针对以上需求，本文的研究工作主要包含以下几个方面：
　　（1）设计了一个基于WPF（Windows Presentation Foundation）的旋转机械状态监测系统。考虑到基于光纤光栅的高速传感网络采集的频率快、数据量大的情况，本系统提出了利用基于UDP的数据传输和多线程的海量数据实时处理技术，实现将光纤光栅传感器采集到的大量数据在系统中实时显示；通过将设备模型与现场实时传感数据相结合，利用WPF驱动三维模型，使用户在实时监测旋转机械状态的同时能全方位地观察旋转机械设备模型的运行姿态。
　　（2）研究了基于Kinect的增强现实（Augmented Reality，AR）技术。研究了Kinect摄像机模型及其几何变换映射关系，并通过张正友标定算法测出Kinect的内外参数；分析了 Kinect彩色摄像机与深度摄像机之间的变换关系，利用摄像机标定的结果，对Kinect的彩色图像和深度图像进行了配准；针对Kinect的原始深度图像的精度不高、空洞多的问题，提出了采用深度流快速修复算法对Kinect的原始深度图像进行了修复处理；运用迭代自组织分析法（Iterative Self-Organizing Data Analysis Techniques Algorithm，ISODATA）进行平面分割，然后利用洪水填充算法对分割后的平面进行填充显示，最终研究并实现了物体虚实遮挡方法。
　　（3）实现了增强现实技术在旋转机械状态监测中的应用。本系统改变了用Kinect识别人体的传统观念，将 Kinect应用到机械状态监测领域，使用户在真实场景下能看到旋转机械的关键部件模型，并能通过叠加的虚拟信息观看实时的状态监测信息。
　　本文开发的旋转机械状态监测系统，经现场测试证明了该系统的稳定性和实用性。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景、目的及意义

1.3 相关领域国内外研究现状分析

1.4 本文的主要工作和组织结构

第2章 基于WPF的旋转机械状态监测系统研究

2.1 系统设计

2.2 关键技术的研究与实现

2.3 系统实现结果展示

2.4 本章小结

第3章 基于Kinect的增强现实技术研究

3.1 增强现实技术

3.2 Kinect标定的研究与实现

3.3 Kinect的彩色与深度摄像头的配准研究与实现

3.4 Kinect深度图像修复的研究与实现

3.5 基于Kinect的平面分割提取研究与实现

3.6 物体虚实遮挡研究与实现

3.7 本章小结

第4章 增强现实技术在旋转机械状态监测中的应用研究与实现

4.1 系统的设计

4.2 系统实现展示

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得与学位论文相关的的科研成果