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水下结构表观缺陷检测技术及系统集成研究

作　者: 陈勋
导　师: 单宝华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 表观缺陷检测双目视觉摄像机标定三维测量
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
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内容摘要

针对国内新建、特别是现役桥梁结构水下基础检测的需要,考虑桥梁结构水下实际检测的复杂性,本文在对双目立体视觉检测技术的CCD摄像机标定、点的三维坐标测量、特征点提取与匹配算法等进行深入研究的基础上,集成了水下结构表观缺陷检测系统,并进行试验研究,验证了系统的实用性。本文的主要研究内容如下:第一,分析了双目视觉传感器的三维测量数学模型,讨论了双目视觉传感器结构配置方式,在此基础上实现了双目视觉传感器的结构设计;研究了摄像机实际投影模型,确定了基于2D标定参照物的双目视觉检测的摄像机参数标定方法,阐述了标定过程及结果。第二,基于点的三维坐标计算方法,提出了结构表观缺陷检测评定算法,分别研究了基于自动匹配和交互识别的特征选取方法。得到了基于SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法的特征提取方法,实现了图像缺陷特征的自动匹配;得到了基于交互识别的特征提取方法,完成了混凝土试块和钢试块的交互识别验证试验。第三,集成了水下结构表观缺陷检测系统,该系统由两台水下CCD摄像机、图像采集卡、计算机及表观缺陷检测成像软件系统组成,该系统具有图像采集、存储及损伤评定功能。进行了不同距离、不同角度、不同浑浊度等情况下的检测系统的性能评定试验,得到了水下结构表观缺陷检测系统的性能参数。第四,使用结构表观缺陷检测系统进行清水、混浊水及空气中对比试验研究,对混凝土剥落、裂缝、凹槽等缺陷进行了测量,得到了缺陷的三维尺寸信息,并与真实值进行对比分析。试验结果验证了本文所提出的表观缺陷检测算法,表明该系统能够准确地检测出结构的表观缺陷,体现了该系统的实用性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 国内外水下结构表观缺陷检测的研究现状  10-13
    1.3.1 水下声成像技术  10
    1.3.2 水下激光成像技术  10-12
    1.3.3 微光成像技术  12-13
  1.4 国内外立体视觉研究现状  13-16
  1.5 本课题的主要研究内容  16-18
第2章双目立体视觉检测原理  18-36
  2.1 引言  18
  2.2 双目立体视觉的数学模型  18-22
    2.1.1 针孔模型和透视变换  18-19
    2.2.2 双目视觉传感器的三维测量原理  19-20
    2.2.3 双目视觉传感器三维测量的数学模型  20-22
  2.3 双目立体视觉传感器的结构设计  22-24
  2.4 摄像机成像的实际模型  24-28
    2.4.1 世界坐标与摄像机坐标之间的变换  25-26
    2.4.2 摄像机坐标与无畸变图像坐标之间的变换  26-27
    2.4.3 无畸变图像坐标与畸变图像坐标之间的变换  27-28
  2.5 摄像机参数的标定  28-32
    2.5.1 摄像机参数的标定方法  28-30
    2.5.2 基于2D共面标定参照物的摄像机参数标定  30-32
  2.6 双目视觉传感器结构参数标定的方法  32-33
  2.7 双目视觉传感器结构参数的标定过程及结果  33-35
  2.8 本章小结  35-36
第3章表观缺陷检测评定算法  36-59
  3.1 引言  36
  3.2 空间点的三维坐标计算  36-40
    3.2.1 空间点的三维坐标计算方法  36-38
    3.2.2 点三维坐标计算示例  38-40
  3.3 表观缺陷评定算法  40-41
  3.4 特征点的提取与匹配  41-53
    3.4.1 特征点提取  41-48
    3.4.2 特征点匹配算法  48-50
    3.4.3 特征点提取与匹配结果  50-53
  3.5 交互识别验证试验研究  53-57
    3.5.1 混凝土试块交互识别验证试验  54-56
    3.5.2 钢试块交互识别验证试验  56-57
  3.6 本章小结  57-59
第4章表观缺陷检测系统集成  59-83
  4.1 系统构成  59
  4.2 检测系统硬件集成  59-61
    4.2.1 CCD摄像机  60
    4.2.2 V221 图像采集卡  60-61
  4.3 表观缺陷检测评定软件系统  61-66
  4.4 系统性能评定试验研究  66-82
    4.4.1 距目标不等距离的对比检测试验  66-70
    4.4.2 距目标不同角度的对比检测试验  70-74
    4.4.3 对不同宽度的缺陷检测对比试验验  74-78
    4.4.4 不同浑浊度水的检测试验  78-82
  4.5 本章小结  82-83
第5章表观缺陷检测试验研究  83-101
  5.1 引言  83
  5.2 有剥落缺陷的混凝土试块检测试验  83-87
  5.3 有裂纹缺陷的混凝土试块检测试验  87-89
  5.4 有楔形槽缺陷的混凝土试块检测试验  89-94
    5.4.1 特征点选取方法对比试验  90-92
    5.4.2 工作环境对比试验  92-94
  5.5 有凹槽缺陷的混凝土试块检测试验  94-97
  5.6 表面有凸起的钢管混凝土试块检测试验  97-99
  5.7 本章小结  99-101
结论  101-103
参考文献  103-109
致谢  109

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