膜结构风振响应的双目立体视觉观测技术研究

膜结构气弹模型试验是研究膜结构气弹效应最常用的手段,在现有的膜结构响应观测中一般采用加速度传感器,激光位移计等,但是这些传统的观测技术存在着观测信息为点状,测定效率低,信息量和广度有限的问题,因此需要对膜结构的观测技术进行改进。而双目立体视觉技术作为一种非接触测量技术,能获得物体全场的信息,信息量大,已在航空航天等领域得到广泛的应用。

本文的研究主要是利用双目立体视觉技术在测量物体变形上的优势,通过形成双目立体视觉技术观测系统,并将该系统运用于膜结构气弹试验中,针对实际测量中的相关问题开展了研究工作。

主要内容如下:

(1)基于双目立体视觉技术的基本数学模型,通过明确世界坐标系,对双目立体视觉技术的坐标变换方程进行了改进。在此基础上,围绕着求解坐标变换方程,针对如何减小噪声干扰,提高处理速度,对现有响应观测处理过程进行改进和补充:对相机标定问题采用了Open CV平台；对测点像素坐标的获取进行了优选、改进和补充；提出了八邻域像素点连续跟踪用以解决标识点的连续性识别；提出了采用基于基准相片的排列匹配方法将测点像素坐标进行对应。由此形成了双目立体视觉技术响应观测算法。

(2)根据所形成的双目立体视觉的观测算法,确定了观测中所需要的硬件设备,完善了整个软件系统,并将软件系统转化为人机交互界面:借助Open CV开发了标定模块,提高了计算效率和自动化程度；基于Matlab开发了可视化的双目立体视觉观测平台,将像素坐标计算,三维位移计算以及全场结果计算三个过程集成了观测平台,由此形成双目立体视觉观测系统。

(3)利用所形成的双目立体视觉技术响应观测系统,结合现有的实验条件,针对膜结构气弹模型试验,探讨了可能的观测方案。在此基础上采用双目立体视觉观测系统,对典型膜结构进行不同风速,不同模型形式的气弹试验,确定了观测系统的识别精度,适用范围,对模型曲率变化的敏感性,同时,给出了膜面的全场位移结果。

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