泥石流表面三维形状获取及运动分析

摘要

泥石流是自然界常见的灾害之一。利用计算机视觉技术对泥石流进行表面三维形状获取及运动分析，从中掌握泥石流的运动特征，可以为泥石流的灾害机理研究提供科学依据。 本文以与中科院成都山地灾害和环境研究所合作的泥石流野外结构光图像分析和数据测量系统项目为背景，受到中国科学院资源环境领域野外站台研究基金的资助。本课题将结构光三维视觉技术应用到泥石流的运动测量中，进行将计算机视觉技术与泥石流运动测量相结合的探索。本文所包括的主要工作有： 1、分析泥石流运动测量技术的研究现状，探索将结构光三维视觉技术应用到泥石流运动测量中的可行性。 2、介绍三维重构的原理，探讨各种三维重构方法的特点，详细介绍结构光三维视觉的原理。 3、具体介绍基于结构光三维视觉测量方法的泥石流表面重构的实现，并应用此方法进行仿真试验和现场试验。 4、介绍流体和刚体运动分析的原理和方法，对泥石流的运动测量方法进行探讨，进行仿真试验。 仿真试验说明，改进的结构光三维视觉测量方法在获得物体表面三维形状信息和运动测量方面具有可行性，现场试验说明这种方法能有效获得泥石流表面三维形状，并对其运动信息的获得有重要参考价值，因此具备一定的理论意义和实用价值。

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第一章绪论

1.1选题意义

1.2研究现状

1.3发展趋势

1.4本文的主要工作

第二章三维重构方法概述及结构光三维视觉原理

2.1基于光学测量的物体表面三维重构方法

2.1.1被动式测量

2.1.2主动式测量

2.2结构光三维视觉的基本原理

2.2.1结构光投影模式

2.2.2结构光三维视觉模型

2.2.3本章小结

第三章泥石流表面三维重构技术实现

3.1摄像机的标定和结构光的标定

3.1.1摄像机模型和成像原理

3.1.2摄像机标定的原理及实现

3.1.3结构光的标定

3.2泥石流结构光表面三维重构

3.2.1结构光编码光栅的设计

3.2.2结构光边缘图像的提取

3.2.3结构光表面三维点云的获得

3.2.4结构光三维点云的重构

3.3基于结构光三维视觉的泥石流图像采集系统及试验

3.3.1硬件系统及操作步骤

3.3.2室内仿真试验

3.3.3泥石流实地实验及结果分析

3.3.4误差分析

3.4本章小结

第四章泥石流运动分析简介及仿真试验

4.1运动分析的基本理论

4.1.1刚体运动分析方法

4.1.2非刚体运动分析方法

4.2泥石流运动分析方法探讨

4.3仿真试验

4.4本章小结

第五章总结和展望

5.1本文内容总结

5.2下一步的工作

参考文献

作者在攻读硕士学位期间取得的成果

致谢