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图像处理技术在结构应变测量中的应用

作　者: 蒋帮云
导　师: 赵文光
学　校: 华中科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 图像处理系统标定应变测量亚像素定位窗口形心跟踪法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在土木工程结构监测中,应变通常是需要观测的主要物理量之一。常用的测量方法是将应变片直接粘贴在构件被检测部位,贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行,操作十分不便,质量很难保证,效率相当低,而且测量值受环境温度和湿度影响很大,经常有些点的数值漂移很大,测量数据可信度低。针对这些不足之处,开发远距离、非接触的应变测量系统非常必要。本课题的主要研究内容和目标是利用图像处理技术完成应变的测量。建立了数字图像的数学模型,研究了图像的采集、预处理、亚像素形心定位和系统标定等问题。结合应变测量的特征,根据理想光学系统成像原理,考虑轴对称和非轴对称畸变,采用基于区域生长法的曲面拟合自动标定方法。该方法采用三次多项式,拟合物空间坐标系与像素空间坐标系之间的对应关系,通过测量图像中目标的像素变化,利用此对应关系得到物空间中的实际位置变化。野外场景比较复杂,要达到实时动态跟踪目标,要求算法简单快捷,并要保证跟踪的稳定性和精度,采用窗口形心跟踪算法和形心搜索法。本研究基于成本低廉的工业CCD摄像机和相应的图像采集盒及USB2.0接口,配合笔记本电脑进行图像的采集与处理,系统构成简练易行。在Windows XP环境下,采用Visual C++6.0开发了基于图像处理技术的应变测量系统软件。以悬臂钢梁的应变测量试验为对象进行了验证,证明了其在理论技术与实践中的可行性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 现有应变测量方法和研究现状  9-11
    1.2.1 现有应变测量方法概述  9-11
  1.3 图像处理技术在应变测量中应用的研究现状  11-13
    1.3.1 国内研究现状  11-12
    1.3.2 国外研究现状  12-13
    1.3.3 存在的问题  13
  1.4 本研究的主要内容与目标  13-15
2 基于图像处理技术的应变测量系统关键技术  15-32
  2.1 数字图像处理技术基本原理  15-19
    2.1.1 光学成像模型  15
    2.1.2 常用坐标系及其关系  15-17
    2.1.3 数字图像的数学表示及其特征  17-19
  2.2 亚像素定位技术  19-20
  2.3 摄像机系统标定原理  20-22
  2.4 应变测量中的图像处理技术  22-31
    2.4.1 图像的预处理  23-24
    2.4.2 区域生长法的自标定  24-27
    2.4.3 运动目标的自动跟踪——窗口形心跟踪算法  27-31
  2.5 本章小结  31-32
3 基于图像处理技术的应变测量系统结构  32-45
  3.1 硬件系统  32-37
    3.1.1 图像采集设备  33-35
    3.1.2 镜头的选择  35-37
  3.2 软件系统  37-44
    3.2.1 技术实现  38-43
    3.2.2 系统的安装与观测  43-44
  3.3 本章小结  44-45
4 应变测量实验研究  45-61
  4.1 实验组织设计  45-47
  4.2 系统标定验证实验  47-51
  4.3 应变测量实验数据及处理  51-60
    4.3.1 测量实验及原始数据处理  51-59
    4.3.2 误差分析  59-60
  4.4 本章小结  60-61
5 结论与展望  61-63
  5.1 结论  61-62
  5.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67

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