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基于移动相机的相似材料模型精密测量系统关键技术研究

许世娇  
【摘要】:随着数字摄影测量、计算机视觉,以及数码相机技术的发展,数字摄影测量在岩土工程实验中获得广泛应用。但由于影像获取视场范围与量测精度之间的冲突,致使目前的数字摄影测量无法满足大跨度相似材料模型的变形监测精度要求。为解决这一矛盾,本文设计了以伺服电机驱动工业相机稳定匀速运动获取连续图像的信息采集平台;结合摄影测量、计算机视觉理论,以及图像处理技术,对采集的图像进行图像处理与严密解析;精确的获得监测点位移,并在相似材料模型变形监测中进行实例验证。论文主要对移动工业相机实现大跨度相似材料模型自动化精密测量涉及到的相关理论、关键问题以及解决方案展开研究,主要工作及研究成果如下:(1)设计了由计算机控制、伺服电机驱动、工业相机连续拍摄组成的单相机移动拍摄图像采集平台,并结合工业相机的软件触发程序,实现相机参数控制、图像显示、高质量图像获取以及实时传输功能。(2)研究分析了移动相机实现大跨度相似材料模型精密变形监测的特殊性与可行性,结合摄影测量理论、计算机视觉,对所采集的影像首先根据相机检校获得畸变参数、单像空间后方交会获得图像倾角,纠正相机移动拍摄产生的图像变形,以获取等效的正射影像;然后在SIFT特征点提取、欧式距离匹配的基础上提出一种坐标约束的二次提纯算法,提高图像的匹配质量,并结合图像配准以及渐入渐出加权平均融合法,实现图像的无缝拼接;最后提出一种模板匹配与图像阈值相融合的标点识别法,提高了标志点自动识别的鲁棒性,并结合拟合法,实现模型监测点的自动识别与高精度定位,进而获取精确的模型变形值。(3)在煤层开采相似材料模型实验中,采用本文所设计的采集平台与处理方法,观测精度优于±0.14mm,相对位移精度高于±0.20mm,验证了本文提出适合于大跨度相似材料模型变形监测的摄影测量法的可行性,完全满足相似材料模型的监测精度要求,可以获得准确的相似材料模型的变形曲线。并且融合后的大视场、高分辨率模型图像,保存了更多的模型细节。该方法不仅将摄影测量观测法引入到大跨度、大范围、大比例尺的相似材料模型中,还可以提高中小型相似材料模型的变形监测精度,为全面研究相似材料模型的沉陷规律,提供一种新的摄影测量监测手段。


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