基于双目立体视觉的结构变形监测技术研究

论文摘要

针对结构健康监测领域对全场非接触测量日益增长的需求,本文对应用于土木工程结构变形监测的双目立体视觉测量技术进行了研究。重点研究了双目立体视觉监测系统的集成、标识点的识别匹配与跟踪、位移应变测量方法,系统性能及动静态试验,并研究了结构表面裂缝宽度检测算法及其测试试验。主要研究内容如下:1.提出了基于双目立体视觉的结构变形测量算法及圆形标识点的识别、定位算法,包括Canny-Zernike亚像素边缘检测算法和最小二乘法拟合椭圆中心算法。针对同一时刻左右两摄像机图像中标识点的匹配问题和序列图像中标识点的跟踪问题,本文对基于对称性检验的极线约束匹配方法和Kalman滤波跟踪算法进行了研究,并得到了较好的结果。2.集成了双目立体视觉结构变形监测系统,包括系统硬件与软件部分。该系统通过对结构变形的图像/视频采集、处理,实现对结构的全场位移和应变进行非接触式监测。通过平动台试验测试了该监测系统的精度与灵敏度。3.通过UV-GFRP加固混凝土梁静力加载试验、砌体房屋模型振动台试验以及桥梁拉索振动试验,对监测系统用于静态和动态结构变形监测的实用性、可靠性进行了验证。4.提出一种基于双目立体视觉的裂缝宽度检测算法,通过将裂缝边缘在空间平面投影,对裂缝进行了三维恢复,有效地提高了三维重建效率,并通过试验测试了其检测精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题意义与研究背景
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 双目立体视觉结构变形测量原理
• 2.1 引言
• 2.2 双目立体视觉的数学分析
• 2.2.1 三维坐标测量原理与数学模型
• 2.2.2 结构三维变形测量算法
• 2.3 图像特征提取
• 2.3.1 边缘检测算法
• 2.3.2 圆形标识点特征提取
• 2.4 特征点匹配
• 2.4.1 极线约束匹配
• 2.4.2 卡尔曼跟踪
• 2.5 本章小结
• 第3章 双目立体视觉结构变形监测系统
• 3.1 引言
• 3.2 相机参数标定
• 3.2.1 空间几何变换
• 3.2.2 摄像机参数标定
• 3.3 三维坐标测量精度分析
• 3.4 双目立体视觉结构变形监测系统集成
• 3.4.1 双目系统结构设计
• 3.4.2 系统硬件集成
• 3.4.3 系统软件集成
• 3.5 系统精度试验分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 结构变形监测试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 结构静态试验分析
• 4.2.1 UV-GFRP 加固混凝土梁加载试验
• 4.3 结构动态试验分析
• 4.3.1 砌体房屋振动台试验
• 4.3.2 桥梁拉索振动试验
• 4.4 本章小结
• 第5章 裂缝宽度检测试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 裂缝宽度检测算法
• 5.2.1 裂缝宽度计算
• 5.2.2 裂缝宽度检测流程
• 5.3 混凝土试件裂缝宽度检测试验
• 5.3.1 试验设置
• 5.3.2 裂缝宽度检测结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢