非同步相机的动态物体三维重建的误差分析
20世纪90年代以来机械制造业的崛起促进了车辆、航天领域的快速发展，飞机、船舶、火车已经成为了人们出行必不可少的工具。结构振动广泛存在于机械制造、土木工程、航空航天等领域，对结构的安全问题构成一个潜在的威胁，而振动测试是评价其动态性能的有效途径。振动测试方法有接触式、非接触式测量法，接触式测量法有机械式测量法、电测法等，非接触式测量法有光学式测量法。电测法是普遍适用的方法，但会引入负载，影响测量结果的准确性与客观性，而且它不适用于大型结构或柔性结构的振动测试。光学式测量法以其成本低、无负载、操作简单、精度高等优点逐步成为振动测试的趋势。具有代表性的光学式测量法是激光多普勒测量法，其光路设计十分严谨，一般在隔振环境下使用。随着高速工业相机与数字图像处理技术的快速发展，计算机视觉逐渐应用于振动测试。双目立体视觉是计算机视觉的一个分支，可由景物在左右成像平面上形成的二维图像来重建景物的三维信息。由于工程上的振动测试大多数是对小位移的测量，所以双目立体视觉的三维重建精度至关重要。但是目前双目立体视觉的误差研究集中在静态误差，双目立体视觉的动态误差分析十分少见。所以建立双目立体视觉的动态误差模型并加以分析是非常有意义的。 本文将双目立体视觉技术应用于振动测试，分别建立了平行与非平行双目立体视觉的三维重建成像模型，详细推导了空间点在成像模型下的三维重建公式。为分析动态三维重建精度，在前两个成像模型的基础上建立了非同步双目立体视觉的三维重建误差模型。假设空间点分别在各个轴上做匀速运动、随机运动、正弦运动，具体推导了双相机夹角、非同步时间、正弦运动参数如振幅，频率等，对三维重建误差的影响。为验证所建立的误差模型，选用高速工业相机、采集卡、信号发生器、电动振动试验台、计算机等搭建双目立体视觉系统。实验选用单点跟踪法，即在振动台上贴上圆形特征点，这些特征点可反映振动台的运动状况。文中提出了一种改进的圆心检测算法，达亚像素精度，提高了三维重建精度。实验结果表明理论误差趋势是正确的。今后将双目立体视觉应用于振动测试时，所建立的误差模型有助于指导相机摆放并能根据被测物体的运动情况来评估双相机的同步性要求。
机械振动测试;双目立体视觉技术;三维重建成像模型;误差分析
合肥工业大学
硕士
测试计量技术及仪器
邓华夏
2015
中文
TH113.1
81
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）