多相机测量中相机外部参数优化与高精度姿态识别

《多相机测量中相机外部参数优化与高精度姿态识别》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10286分类号：O34密级：公开UDC：621.3学号：139363多相机测量中相机外部参数优化与高精度姿态识别研究生姓名：戴云彤导师姓名：何小元教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称力学论文答辩日期2018年6月10日二级学科名称固体力学学位授予日期年月日答辩委员会主席张青川教授评阅人盲审2018年6月10日博士学位论文多相机测量中相机外部参数优化与高精度姿态识别专业名称：固体力学研究生姓名：戴云彤导师姓名：何小元本论文获国家自然科学基金资助项目（11332012,1

2、1532005）和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目、江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目（KYLX15_0094）资助。EXTERNALPARAMETERSOPTIMIZATIONANDHIGH-PRECISIONPOSERECOGNITIONINMULTI-CAMERAMEASUREMENTADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYDAIYun-tongSup

3、ervisedbyProf.HEXiao-yuanSchoolofCivilEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的证书而使用过的材料。与我的研宄成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或一同工作的Ｎ志对本研宂所做的任何贡献均已在论文中作，明确的说明并表示了谢意

4、。研究牛签名：：曰期＿东南大学学位论文使用授权声明《（光盘版）》电子杂东南大学、中国科学技术信息研宄所、国家图书馆、中国学术期刊送交学位志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所。本人电子文档的、论文的复印件和电子文档，可以采用影印缩印或其他复制手段保存论文一，可以，内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外允许论文被查阅和借阋、。论文的公布公布）论文的全部内容或中英文摘要等部分内容（包括以电子信息形式刊登（包括以电子信息形式刊登

5、）授权东南大学研宄生院办理。日期：研宄生签名师签名＿摘要摘要数字图像相关(DigitalImageCorrelation，简称DIC)方法，以其光路简单、对环境要求低、非接触全场测量等优势，已经发展为光测力学研究领域最为活跃的三维变形测量技术。然而，由于受到相机空间分辨率、图像噪声以及分析手段的制约，DIC方法的测量精度和测量范围尚不能满足大多数科学研究和工程测量的需求。进一步提高DIC方法的测量精度、扩大测量范围已成为广大学者重点关注的研究课题。基于双相机及多相机视觉原理的数字图像相关测量

6、方法，可以用于多尺度下材料或结构全表面，尤其是复杂表面三维形貌及变形测量。在多相机测量中，相机的位置与姿态，即相机的外部参数是影响变形测量精度的重要因素，本文将通过优化相机外部参数和相机姿态实时校正，构建高精度多相机测量系统，以满足大范围、高精度三维变形测量的需求。相机基线距和光轴夹角决定了相机的位置与姿态，从双相机视觉原理的数学模型出发，分析两者与测量误差之间的关系，为双相机测量寻找外部姿态参数的优化范围。结合外部参数优化与实际测量要求，实现了小尺度复杂变形及界面滑移的高精度三维变形测量。利用人机

7、交互小视场标定方法，首次采用三维DIC方法记录并分析吕德斯带演化过程及运动特征，将吕德斯效应的实验研究拓展至三维小尺度范畴。还将三维DIC方法应用于碳纤维增强复合材料-钢界面黏结性能的实验研究中，对界面剥离扩展过程进行直接观测，获得了比现有方法更为准确的界面黏结-滑移关系。为解决双相机测量柱形构件时存在的视场受限、测量误差大等问题，建立了离散布置多相机三维变形测量系统，利用多套双相机子系统同步测量柱形表面的不同区域，实现了柱形构件的高精度全周变形测量。由于测量过程中相机位姿变化会直接影响变形测量精度

8、，采用基于散斑场的相机外参标定方法，根据预先标定的相机内参和散斑图像相关匹配结果，使用相对定向算法计算相机之间的相对外参，实现相机姿态实时校正，避免相机位姿变化引起的测量误差。通过相机姿态变化实验和球墨铸铁容器跌落试验，验证了相机姿态实时校正的必要性和有效性。为玄武岩纤维增强复合材料加固钢筋混凝土柱的轴压试验搭建了离散布置多相机系统，通过相机姿态实时识别，对良好的测试环境和稳定的系统安装可以有效减小相机位姿变化进行了实验论证，并直观再现了圆柱全周表面变形及破坏过程中的