光测实验力学中三维数字图像相关方法研究

摘要

物体表面的三维形貌和变形测量在航空航天、机械制造等方面有着广泛应用和需求，随着各行业对于测量精度和计算速度的要求日益提高，基于双目视觉的三维数字图像相关法中的若干关键技术迫切需要解决。本文以提高三维数字图像相关方法的测试性能为目标进行了系统的研究，主要研究内容和成果如下：
　　首先研究了摄像机拍摄姿态对于测量精度的影响，包括单相机倾斜光轴的测量误差分析，和双目视觉系统中基线长度和相机夹角与测量误差的关系分析，从而得到高精度的摄像机姿态设置方法。其次针对三维数字图像相关标定环节中的角点检测技术，对于多种不同的标定板图案，研究了若干种角点提取方法，对这些方法予以改进进而编程实现，进行标定误差分析和角点检测精度对比，并根据角点提取结果标定得到双目相机系统参数。然后对散斑图平移和变形模拟提出了频域模拟的方法，并研究了散斑图质量的评价指标，对工程中散斑图的模拟和评价提供了参考。研究了基于二维小波变换的频域相关匹配方法，提高了匹配的速度、精度及抗噪能力。最后对标定板以及弯曲板件分别进行了表面三维重构，获得了他们的物面三维坐标和方程，完成了数字图像相关法的最终测量目标。
　　以上研究为提高三维数字相关方法的测量精度和计算速度提供了有效的测试手段，具有重要的实验研究和工程应用价值。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 三维数字图像相关测量系统精度分析

2.1摄像机成像模型与理论

2.2 单相机斜光轴测量的误差分析

2.3 摄像机位姿对三维测量精度的影响

2.4 本章小结

第三章 数字图像相关方法的标定精度研究

3.1 标定方法及原理

3.2 角点检测方法及原理

3.3 角点检测的实现与改进

3.4 本章小结

第四章 散斑图像频域匹配方法研究

4.1 散斑图频域模拟方法

4.2 散斑图质量评价

4.3 基于频域的图像相关法研究

4.4 本章小结

第五章 数字图像相关法的三维重建

5.1 三维重建理论方法

5.2 实验构件表面三维重建

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文