大型结构变形及形貌摄像测量技术研究进展

船体、机翼、工程建筑等大型结构的变形与形貌的精确测量是实验力学的基本任务之一.摄像测量具有测量精度高、范围大、非接触、可动态测量等优点,是结构形貌与运动测量的重要手段.本文介绍了作者及其所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形、形貌测量等方面的研究成果和典型应用范例,主要包括:提出折线光路像机链摄像测量方法与技...     

大型结构变形监测摄像测量研究进展

桥梁、隧道、舰船等大型结构变形的全场、高精度、动态测量,是其动态性能实验和质量监测的基本要求。摄像测量具有非接触、高精度、可测点多、实时动态测量等特点,在大型结构的变形监测方面有独特的优势。本文介绍了作者所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形监测方面的研究新成果和典型应用,包括提出位移传递像机串联网络摄像测量方法与技术,用于自动监测高速铁路、隧道等大型结构的路基沉降;研制天线基座变形摄像测量系统,实时、连续、长时间测量我国远望号测量船的天线基座变形等。     

大型结构变形实时摄像测量方法

本文对实时测量大型结构静力变形实验中如何应用摄像测量方法展开研究。针对实时摄像测量的两个主要难题研究解决方法,即图像特征点自动提取和多像机图像特征点自动对应。通过在待测结构表面粘贴LED发光灯或使用激光光栅投影做为合作标志点,提出NNLOG(normalnized negative laplacian of gaussian)算子用于图像上合作标志点的实时提取与跟踪;根据多摄像机约束关系,构造对极几何约束代价函数,解决多像机图像特征点之间的对应问题。设计实现了精度实验,表明位移测量误差小于1mm,相对误差小于1%,基于本文方法实现的测量系统已应用于某型飞机静力变形实验。     

基于摄像测量原理的船体垂向变形测量半实物仿真实验研究

针对船体垂向变形测量的迫切需求,以及现有方法对于垂向变形适用性差的实际情况,提出了一种利用摄像测量原理实现垂向变形测量的新方法,推导了设备垂向变形角与姿态欧拉角变化量之间的转换关系,在此基础上设计了船体垂向变形测量方案。通过在平台上的CCD像机对与垂向设备基座固连的合作标志的实时观测,解算由于变形引起的合作标志姿态变化量,再利用合作标志与设备基座固连关系计算设备的垂向变形角。在实验室条件下进行了半实物仿真实验,实验结果测量值与参考值变化趋势一致,测量误差均在10″以下,说明该方法在垂向变形测量中正确可行。     

航天测量船船体变形摄像测量技术研究进展

航天测量船是一座海上活动测控站,在辽阔的海洋上对导弹、航天器进行跟踪、测量和控制.航天测量船在海上工作状态下,随着航速、航向的变化,以及海浪冲击、温度变化等影响,会产生不可忽视的弹性变形.这种变形会带来航天测量船的测量误差,特别是雷达和光电经纬仪等测控设备相对船体基准的动态变形,如果不能测量并修正,这些设备就无法完成高精度测量的任务[1].     

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.     

基于时域位相分析的云纹法形貌测量技术研究

采用影像云纹法和时域相位分析技术研究了物体形貌测量的新方法.通过研制高精度旋转平台,利用栅线旋转的方式使栅线的空间频率以一定的规律变化,使物体的离面高度与该点的灰度变化率有关.在利用FFT确定灰度变化频率时,采用补零的方法提高了频率的确定精度,从而有效地提高了物面形貌测量的精度.实验发现:当补零倍数达到原始长度的128倍时,使用空间频率为5 l/mm的栅线精度可以达到0.02mm.本文讨论了该方法相关技术参数的选取方法,给出了标定实验和利用该测量系统实际测量门齿生长发育沟的实例,阐述了牙齿表面形貌数字化在牙科修复手术中的意义.通过具体标定过程与应用实例,证明了本文提出的测量方法提高了测量精度,简化了测量过程,在云纹干涉形貌测量领域有了新的突破.     

摄像测量在平台微小晃动量测量中的应用方法研究

平台在三维空间中的微小晃动反映到二维像平面上就是像点的变化。本文提出基于摄像测量学的小角度测量方法。通过固连在平台上的CCD像机对惯性空间中静态基准的实时观测,解算得到由于平台微小晃动引起的像机姿态变化量;利用固连关系得到平台的小角度变化量,并通过静态和动态实验证明了该方法准确可行,在36′晃动幅度下,测量精度优于5″。该方法在保证精度前提下,可以降低系统硬件成本,可用于修正车载式光学测量设备的平台晃动误差,具有一定的理论研究意义和工程应用价值。     

薄壁柱壳的圆度及三维变形测量技术

本文采用一种新的形状位置（Ｐｒｏｆｉｌｉｍｅｔｒｙ）自动测量计算机处理方法,对钢质圆柱壳的椭圆度进行了测试。具体使用投影光栅,于壳体表现形成栅线影象,自动形成栅线光频率线性编码,用ＣＣＤ摄象机采集到频率编码壳体光栅影象,构成形西半球工波图。将载波的图象经过计算机图象系统获得数值图象。计算机经过快速富立叶变换法解码,输出频率位相值,经数据处理可得到精确的壳面尺度。     

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。     

Videometric research on deformation measurement of large-scale wind turbine blades

Utilization of wind energy is a promising way to generate power, and wind turbine blades play a key role in collecting the wind energy effectively. This paper attempts to measure the deformation parameter of wind turbine blades in mechanics experiments using a videometric method. In view that the blades experience small buckling deformation and large integral deformation simultaneously, we proposed a parallel network measurement (PNM) method including the key techniques such as camera network construction, camera calibration, distortion correction, the semi-automatic high-precision extraction of targets, coordinate systems unification, and bundle adjustment, etc. The relatively convenient construction method of the measuring system can provide an abundant measuring content, a wide measuring range and post processing. The experimental results show that the accuracy of the integral deformation measurement is higher than 0.5 mm and that of the buckling deformation measurement higher than 0.1 mm.     

三维形状检测中的参数标定研究

应用投影栅线法在现场检测三维物体的形状时，参数标定是影响测量精度最重要的一个因素。本文研究了三维形状检测过程中的参数标定问题，并应用傅里叶位相解调技术处理实验数据。提出了坐标系统及几何参数的标定技术，推导出考虑栅线节距变化的计算公式。给出了部分实验结果，并讨论了测试精度。     

磁性敏感器用于冲击变形测量

一种新型的非接触式磁性位移敏感器,兼有高灵敏度(50-80mV/mm)、大线性范围(15-25mm)以及响应快(4kHz)等优点.用于测量20mm以内的冲击动态变形获得成功.     

变形测量中的数字散斑相关搜索方法

本文用仿射变换阐述了数字散斑相关方法的基本原理,通过分析散斑位移及其导数对物体变形前后散斑图的相关性的影响,对相关算法作了简化,提出了相关搜索方法.典型的实验证实了该方法的可行性,同时就散斑颗粒尺寸、子区大小对相关识别的影响等问题进行了讨论,初步给出了相关计算的有关最佳参数.     

Videometrics Measurement for Dynamic Topography of Large Flexible Cable Net Based on Tiny Light Spot Markers

Background:

Traditional videometric method can not be used in the measurement of large flexible cable-net structure for its large overall size and small partial size.

Objective

A videometrics technique was proposed in this work to measure the topography and deformation of a large cable net structure.

Methods

Tiny spots with high brightness (and large gray gradient) are used to mark the cable net nodes. By arranging the imaging light path properly, the light spot markers can be enlarged and accurately identified in the captured images.

Results

The relationship between the imaging parameters and the gray distribution of the light spot markers were derived and verified. And a topographical measurement experiment of a cable net structure was carried out with the proposed videometrics technique.

Conclusions

The topography/deformation of the cable net can be measured with tiny-light spot markers, and the effectiveness and robustness of the technique on topography and deformation measurement of large cable-net structures are demonstrated.