基于立体视觉的结构变形全过程测量方法

摘要

随着土木工程专业的高速发展，传统接触式测量手段在结构或构件的变形检测中逐渐暴露出效率低，测量范围有限等弊端。为了克服这些局限性，满足结构变形全过程测量要求，本文研究基于立体视觉的结构变形全过程测量方法。针对该方法，研究基于对角线长度的三步标定算法与，基于立体视觉的结构变形全过程测量算法。在上述算法基础上，编译立体视觉结构变形测量软件，并进行试验研究。
　　本文的研究内容主要包括：
　　(1)对传统两步标定算法进行改进，提出基于对角线长度的立体视觉像机标定算法。本文在第二步中，采用LM算法对左右像机参数分别优化，以提高优化效率；在两步优化的基础上，以对角线长度作为约束条件，采用LM算法对像机外参数进行全局优化，缩放平移向量。编译了可以自动标定的三步优化标定软件。进行商业标定板对角线重建长度两步标定试验、商业标定板重建长度比较试验以及自制标定板重建长度比较试验，试验结果表明本文标定算法优于两步法。
　　(2)提出基于立体视觉的结构变形全过程测量算法。采用数字图像相关方法进行立体匹配和时序匹配，选择ZNCC作为相关函数以及曲面拟合的方法进行亚像素搜索；提出分块匹配的思想，减小多点匹配计算量；采用更新参考图的方法解决大变形情况下的测点误匹配问题；建立16节点的拉格朗日三次形函数，结合滑动平均的方法得到平滑的位移场；引入了格林应变张量，求解应变场。在上述算法基础上，编译立体视觉结构变形测量软件。
　　(3)完成304不锈钢试件拉伸试验和三层框架模型振动全程监测试验。将立体视觉方法测得的304不锈钢试件拉伸试验位移与应变数据，与引伸计及应变片的结果对比，验证本文算法的可靠性，在此基础上给出面外位移、位移场、应变场，验证算法的实用性；将立体视觉方法得到的三层框架模型振动全程监测数据与位移计结果比较，验证算法的可靠性，使用立体视觉方法对位移计撤掉或损坏以及结构倒塌情况下三层框架模型进行全程监测，验证本文算法用于结构变形全过程测量的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 课题研究内容

第2章 基于对角线长度的立体视觉摄像机标定

2.1 引言

2.2 双目立体视觉模型

2.3 基于对角线长度的三步标定算法

2.4 圆心识别与排序算法

2.5 三步优化标定软件

2.6 标定试验

2.7 本章小结

第3章 基于立体视觉的结构变形全过程测量算法

3.1 引言

3.2 立体匹配相关概念

3.3 数字图像相关方法

3.4 三维位移场匹配搜索

3.5 形函数构造与格林应变张量

3.6 立体视觉结构变形测量算法

3.7 立体视觉结构变形全过程测量软件

3.8 本章小结

第4章 立体视觉结构变形全过程测量试验

4.1 引言

4.2 立体视觉结构变形全过程测量系统

4.3 304不锈钢试件拉伸试验

4.4 三层框架模型振动全程监测试验

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

声明

致谢