莫尔条纹图像处理及量测技术研究与系统实现

摘要

随着摄影测量技术的发展，利用数码相机产生的莫尔条纹对位移和转角等变形量进行精密测量，已得到越来越多的关注。然而，目前大多都是针对数码相机莫尔条纹精密测量的理论研究，对处理莫尔条纹的相关算法的探讨尚有不足，且没能形成一套完整的能够实现图像采集、处理、量测和管理一体化的系统。因此，本文在现有数码相机莫尔条纹技术的基础上，对数码相机莫尔条纹构建及处理算法进行了改造和创新，设计了一套高精度莫尔条纹图像量处理与量测系统，实现了对相关技术的革新。
　　论文的主要研究内容如下：
　　（1）在学习和研究莫尔条纹理论的基础上，分析了传统莫尔条纹图像处理方法的优势和局限性，提出了一种全新的数码相机莫尔条纹构建和处理算法——虚拟自基准栅莫尔条纹法，阐述了该方法的特点和优势，并通过Matlab编程实现。
　　（2）基于新的莫尔条纹构建和处理算法，提出了基于莫尔条纹的图像处理与量测系统的总体设计方案。通过在.Net环境下利用Matlab和C＃混合编程，采用Winform技术开发软件界面，并使用Access数据库实现数据管理，完成整套系统的设计。本系统可实现图像采集和处理、信息显示、位移和转角计算、成果管理和导出以及报告打印等功能。
　　（3）设计相关实验对系统的性能和精度进行测试。通过在不同的物距下进行拍摄，测试系统的最佳性能拍摄距离区间；通过模拟栅板的位移和转角，测试系统平面位移和转角测量的精度。测试结果表明，在不同的拍摄距离下，通过选用适当尺寸规格的栅板能实现较好状态的拍摄，且系统用于平面位移和转角测量可以达到较高的精度。
　　由于采用了新的莫尔条纹图像量测与处理算法，基于莫尔条纹的图像量测与处理系统克服了传统方案的不足。该系统具有相对自由的拍摄距离，对拍摄条件和采集设备也没有过高要求，大大提高了数码相机莫尔条纹测量的拍摄效率，且保证了一定的测量精度，适用性较强。同时友好的用户界面增强了用户使用体验。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

2 莫尔条纹测量的原理与方法基础

2.1 莫尔效应的光学原理

2.2 莫尔条纹平面位移测量原理

2.3 莫尔条纹平面转角测量原理

2.4 莫尔条纹其他测量应用原理

2.5 本章小结

3 系统总体设计

3.1 功能需求分析

3.2 系统构架

3.3 系统模块功能设计

3.4 系统开发工具介绍

3.5 系统软件设计

3.6 系统硬件设计与选择

3.7 本章小结

4 虚拟自基准栅莫尔条纹法

4.1 传统CCD/CMOS莫尔条纹法

4.2 虚拟自基准栅莫尔条纹法原理

4.3 倾斜栅线宽度量测

4.4 虚拟自基准栅叠合

4.5 条纹特征图像提取

4.6 特征线的距离计算

4.7 位移及角度量测

4.8 虚拟自基准栅莫尔条纹法优势分析

4.9 本章小结

5 软件实现

5.1 软件实现的关键问题

5.2 软件功能演示

5.3 本章小结

6 实验

6.1 实验准备

6.2 实验结果及分析

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢