基于高速摄影视觉测量的静爆破片运动参数测试方法

为提高静爆试验中破片初速和速度衰减系数解算的可信度,提出了基于高速摄影视觉测量的静爆破片运动参数测试方法,该方法主要包括高速摄像机数据采集、视觉测量解算破片轨迹、基于运动模型拟合求解三个步骤。试验证明,该方法能够准确获取各破片的初速和速度衰减系数,可信度高,是一种有效的静爆试验破片运动参数测试方法。     

一种单相机测量三维运动轨迹的方法

论文提出了一种基于交汇式双目视觉模型的单个CCD相机三维立体测量方法.在CCD相机前放置两面成一定夹角的平面镜,通过一次拍摄,得到两幅存在视差的图像,该图像相当于相机在平面镜中两个虚拟相机对目标从不同角度拍摄所得到图像,根据双目视觉原理可实现三维立体测量.详细介绍了实验系统的布置方法,建立了三维坐标计算的数学模型,对系统的内外参数进行了标定.测量了静态物体的形态和尺寸,验证了系统的可行性与可靠性.并对运动物体进行了动态测量,通过视频记录物体两个虚像的平面运动图像序列,计算还原了物体空间的三维运动轨迹,并应用误差理论对实验误差进行了分析.     

基于图像的主动脉弓运动和变形参数自动跟踪测量方法

提出一种基于动物实验序列图像的自动跟踪方法,测量主动脉弓在体运动和变形。在测量的初始帧,手动选取测量窗口,采用像素灰度值的梯度算法对图像测量窗口内的边界进行自动识别,得到主动脉弓的真实边界,进而调整测量窗口至最佳位置。在后续帧中,自动跟踪最佳测量窗口的位置,测量主动脉弓不同部位动脉直径和中心点位置随时间的变化。通过对四只兔子的实验测量,结果发现:主动脉弓具有一定锥度,在弓部直径最大,且主动脉弓在体运动和变形周期与心动周期之间存在较强的相关性。结论与生理现象或已有实验结果一致,表明基于图像的自动跟踪方法在测量主动脉弓运动与变形时不仅可行,而且可靠。     

摄像测量技术在国防试验与航天器对接中的应用研究

摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用.本文介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量以及对接航天器位置和姿态的实时测量.在这些应用中都实现了高精度测量.较近期研发并应用于航天器对接光学测量项目中的算法,对相机参数进行平差修正,能有效地抑制像机参数扰动,具有很强的鲁棒性.     

光杠杆补充尺度因子的大视场扫描式摄像测量方法

摄像测量方法因具有全场、非接触和观测尺度易调节等优势,在材料/结构运动/变形测量方面的应用越来越广泛,但是该方法的观测范围和测量分辨率之间存在矛盾,导致其在大视场测量应用下出现了观测精度不足的问题.本文发展了一种基于光杠杆补充尺度因子的扫描式摄像测量方法,利用光杠杆放大扫描相机的运动参数,将光斑几何位置改变作为补充方程...     

一种基于视觉的道路宽度测量方法

自动驾驶技术的研究中,为了快速检测到道路并测量出道路的宽度,提出了一种基于视觉的道路宽度测量方法。首先提出了一种改进的Deeplabv3+语义分割算法,在原算法流程中引入了基于空间域的注意机制,提高了道路边缘分割的精度。其次,提出了一种结合直方图均衡化和加权最小二乘滤波的半全局立体匹配算法,显著提高了图像中物体边缘细节的匹配精度。基于所提出的方法搭建了道路宽度测量系统,该系统搭载在自动驾驶车辆上完成了对全域图像中道路的分割和宽度测量。实验结果表明,所提出算法的道路宽度测量误差不超过真实值的5.0%。     

基于视觉的桥梁挠度测量方法与研究进展

挠度是评估桥梁承载能力和健康状态最直观的指标。近20年来,基于计算机视觉的桥梁挠度测量方法凭借其非接触式、快速简易安装等优点,被逐步应用于实际测量中。本文从测量原理、测量方式和影响因素3个方面出发,介绍了当前基于视觉的桥梁挠度测量方法与研究进展。在测量原理方面,从相机标定、三维立体视觉、摄影测量、特征检测与匹配4个方面进行了介绍。在测量方式方面,介绍了单相机二维测量、双相机三维测量、基于摄影测量的准静态测量和位移传递串联相机网络多点动态测量。在影响因素方面,介绍了相机自身因素、标定因素、算法因素和环境因素4个方面对测量结果的影响,并总结了目前国内外的研究成果。最后对基于视觉的桥梁挠度测量技术的未来发展趋势做出了展望。     

基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法

本文针对目前偏振视觉定向难以满足三维空间内运动水平姿态变化时的定向需求、动态适应性差以及微惯性系统漂移大的问题,提出了一种基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法。首先,为了减少偏振测量噪声,利用标准大气Rayleigh散射模型,给出了一种基于大气偏振视觉图像的太阳矢量优化估计算法;其次推导了基于卡尔曼滤波的微惯性/偏振视觉组合定向算法,该算法利用微惯性信息对偏振视觉定向进行水平角补偿,可以获得三维空间内的运动姿态并且动态性能高;最后进行了飞行仿真与车载实验验证。实验结果表明,融合微惯性信息补偿水平姿态与组合滤波后,车载航向误差不随时间累积且均方根误差仅为0.75°,与偏振视觉定向相比,定向精度提升可达60%以上。同时在不增加偏振图像计算量的基础上,将定向输出频率从1 Hz提高至100 Hz,显著增强了偏振视觉定向的动态适应性,具有较大的应用前景。     

基于未标定序列图的形貌测量方法

提出一种形貌测量方法,从未标定序列图中同时提取出特征点的三维坐标和摄像机的运动矩阵,实现对目标物体的三维测量。首先用齐次坐标表达了空间点的投影变换矩阵,并根据该矩阵推导出投影比例式,运用投影深度和投影矩阵之间的循环相关性进行迭代运算,得到比普通双目视觉更加精确的深度数据。其次对分解得到的摄像机运动矩阵和空间点坐标施加度量约束。运用基于因式分解的归一化算法,恢复出欧氏空间里的摄像机运动矩阵和空间点坐标。基于这种方法,实现了曲面标记点的坐标测量,得到了三维形貌数据,误差小于0.16mm。     

基于Harris角点检测的位移测量算法

在力学实验中,位移和应变的测量是最基本任务之一。本文提出了一种基于Harris角点检测的位移测量算法。通过检测变形前图像的角点,然后利用光流跟踪技术在变形图像中搜索其匹配点,最终计算得到位移值。算法对图像采用网格划分方式进行计算,达到了全场测量的目的。实验结果表明,该算法位移测量精度高、稳定性好,可作为基于图像处理的无损测量方法。     

干涉条纹图处理的等值线窗口滤波和摄像测量在国防试验的应用

对图像进行滤波或称平滑是干涉条纹图像处理中的一项重要工作。一幅未经处理的原始图像或多或少存在着不同程度的噪声干扰,特别是散斑和Insar干涉条纹图,信噪比很低,难以处理。本文针对光测力学中光学干涉方法得到的条纹图,提出了一种新的滤波方法条纹等值线窗口滤波,并对这种滤波方法进行了研究讨论,提出了几种确定等值线窗口的不同方法。这种滤波方法根据干涉条纹图不同断面上灰度分布的不同特点,选择沿条纹走向的条纹等值线窗口进行滤波,在最大消除条纹图噪声的同时,也能保证对条纹损伤最小。摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用。本文也介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量;基于投影条纹的物体三维形貌精密测量方法研究;以及对接航天器位置和姿态的实时测量。在这些应用中都实现了高精度测量。     

基于约束关系的下颈椎运动测量新方法

下颈椎各个关节准确稳定的运动参数是医生对颈椎病进行诊断的重要依据。本文提出了一种满足颈椎耦合约束关系,基于双目视觉原理的下颈椎运动参数测量方法。首先,根据下颈椎围绕瞬时旋转中心运动的特点和下颈椎耦合运动的规律,建立了满足耦合约束关系的下颈椎运动学模型;其次,在下颈椎解剖学特征位置(棘突和横突)上布置标志点,借助多台摄像机,基于双目视觉原理和三维数字图像相关(3D-DIC)技术,直接测量不考虑耦合约束关系的下颈椎前屈、后伸、左旋、右旋及侧屈等运动时的角度;最后,利用考虑耦合约束关系的运动学模型对下颈椎运动角度变化曲线进行了校正。波动范围的分析结果表明测量的稳定性得到了提高。利用本方法实现了对下颈椎关节运动角度的实时测量,提供了一种对下颈椎关节运动进行稳定测量的有效手段。     

基于视觉测量的应变片空间定位及应用

在大型航天结构舱段试验中，通常需要粘贴大量的应变片来获取结构的应变测试数据。为了能够准确定位结构舱段上的应变片位置，本文研究了基于单目视觉测量技术的应变片空间坐标重建方法。该方法采用一台单反相机，从不同视角连续对构件进行拍摄，获得一组包含圆环编码点和应变片的图像序列；通过检测编码点图像坐标，构建相邻帧之间的匹配关系，然后基于相对定位原理估计相机姿态信息；再利用深度学习技术提取图像中的应变片坐标，结合估计的姿态信息对提取的应变片进行立体匹配，并且采用三角测量方法重构应变片空间坐标，从而实现应变片的三维定位。利用所研究的方法，分别对铝质平板和圆筒上粘贴应变片的三维坐标、碳纤维标尺的长度进行了定位。定位结果表明，该方法的重复定位精度优于0.05mm,三维点距离测量精度优于0.1mm。     

基于运动散斑的物体三维形貌测量方法

设计了一种基于近红外运动散斑的低成本双目立体视觉系统。该系统将一个低成本散斑投影器安装在一个摇摆运动机构上,向目标表面投射运动的散斑,利用空间-时间立体视觉原理,在立体匹配的时候,不同于传统的立体视觉方法(采用二维的滑动窗口进行对应点查找),它不仅利用图像像素之间的空间信息,还引入了图像的时间信息,可以采用一个三维的滑动窗口进行立体匹配。与传统的立体视觉方法相比,该方法具有更高的重建精度。此外,本文采用金字塔搜索策略、积分图像和GPU对立体匹配算法进行加速,使得立体匹配的计算速度提高了800多倍。     

基于图像分析的质心和转动惯量测量方法

提出了一种基于图像分析的质心和转动惯量测量方法,该方法将图像分析和悬挂法以及复摆法结合起来,通过图像分析提取试件的悬挂线以及试件做复摆运动的周期,从而实现对试件的质心和转动惯量的测量.本方法为实验教学提供了一种方便的手段,能够有效促进理论力学课程的教学.     

基于视频的机械装备全场振动测量研究

本文概述了基于视频的机械装备全场振动测量的研究动态和应用前景.重点讨论了该技术在两个场景中的独特优势:大尺寸和处于运动叠加中的装备的振动测量问题,总结了近几年的最新进展和挑战,最后简述了该方向的发展趋势.     

基于主应变场的混凝土全表面开裂特征实时测量与分析

测量裂纹的扩展过程对于揭示混凝土结构的破坏机理和评价其力学性能十分重要. 本文提出了一种基于混凝土表面变形场的裂纹定位和宽度测量方法, 首先基于多相机数字图像相关方法得到混凝土试件表面的高分辨变形场, 发现开裂引起的位移梯度使裂纹附近的虚主应变场明显区别于未开裂处, 且主应变场在裂纹法线方向近似高斯分布. 借鉴在激光条纹中心线定位中广泛采用的Steger算法思想, 提出了基于主应变场的裂纹定位方法, 并将裂纹两侧位于法线上的面内位移向量做差沿裂纹法线方向上的投影为Ⅰ型裂纹宽度, 沿裂纹切线方向上的投影为Ⅱ型裂纹宽度, 最终得到了裂纹每一点的位置和宽度. 利用高精度平移台设计了模拟裂纹扩展的实验, 以验证Ⅰ型裂纹宽度的测量精度. 实验结果表明: 裂纹宽度的测量误差在0.010 ~ 0.017像素之间, 与理论预测相符; 测量误差的标准差在0.006 ~ 0.008像素之间, 测量结果比较稳定. 在同等分辨率下, 本文方法的测量精度优于基于图像的裂纹测量方法. 本文提出的方法可以全自动、实时地测量裂纹扩展, 为混凝土实验提供了一种可靠、精确的全场裂纹测量手段.      

基于退相关DIC的疲劳裂纹全局动态测量方法

工程材料和结构在反复荷载长期作用下容易发生疲劳开裂, 疲劳裂纹测量对于开展科学试验研究和工程问题分析都至关重要, 但现有方法无法实现高精度的疲劳裂纹全局动态测量. 本文基于数字图像相关(digital image correlation, DIC)技术, 合理利用DIC的退相关效应, 提出一种疲劳裂纹全局动态测量及可视化方法. 该方法首先在相机采集得到的裂纹图像内, 建立具备拓扑关系的目标点云结构, 并运用DIC亚像素算法得到裂纹区域位移场, 再基于零均值归一化互相关(zero-mean normalized cross correlation, ZNCC)计算结果剔除退相关的DIC目标点(灭点). 进一步通过“三生点”算法提取得到裂纹离散边界, 并采用最小二乘法将离散边界拟合为连续裂纹边界, 实现裂纹形态的几何重构, 最终自动计算得到裂纹长度和宽度的动态变化过程. 该方法原理清晰、理论简单, 易于实现. 开展数值模拟和钢节点疲劳试验, 对相关算法和图像采集参数进行了验证, 结果表明本文方法对疲劳裂纹边界的数字化重构误差在0.5个像素内, 基于重构结果计算得到的裂纹长度和宽度误差分别为0.46像素和0.08像素(类同于0.06 mm和0.01 mm), 并成功实现了对疲劳试验裂纹扩展形态的精细化动态测量及可视化. 研究成果证明了DIC技术用于疲劳裂纹全局动态测量及可视化的有效性, 并在测量精度、效率、成本等方面具有显著优势, 可在实验室测量和工程现场测试中推广应用.      

数字体图像相关方法中基于迭代最小二乘法的物体内部变形测量

本文提出一种基于迭代最小二乘法的亚体素位移测量算法.该算法模型结合了符合实际情况的线性灰度变化模型和线性位移映射函数,采用仅需变形后体图像一阶灰度梯度的迭代最小二乘法计算亚体素位移和位移梯度.由于该算法采用的模型符合实际情况,因而具有更高的位移测量精度和更广泛的适用性.此外,由于仅需变形后体图像的一阶灰度梯度,无需计算...     

关节六自由度相对运动的一种测量装置

本文介绍了六自由度关节运动微机测量系统.该系统可以实时测量运动中膝关节的屈伸角,内收外展角、内旋外旋角以及胫骨相对于股骨的内外、前后和上下位移.制作了特殊的标校装置对系统进行了标校,其绝对误差为0.1cm.并对人体无损测量时系统的重复性进行了研究.该系统为研究关节运动学提供了一种有效的测量手段.