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数码相机对三维空间尺度测距研究

李燕  
【摘要】:近年来,随着国民经济的飞速发展,我国公路桥梁建设取得了令人瞩目的巨大成就,桥梁是公路的重要组成部分,我国每年都有大量新建成的公路桥梁需要通过质量安全检测验收。因此,如何用一种新的快速的方法来对桥梁的安全性及结构的可靠性进行科学的检测和评估成为了当前一个重要的研究内容。 课题“显微数字散斑相关测试技术及其在桥梁健康诊断中的应用”正是在这种背景下提出来的。该课题是在完善双显微数字散斑技术对应变测量机理的研究基础上,采用远距离摄影对桥梁的挠度及振动进行测量的一种技术。本文正是从解决该课题中涉及到的远距离摄影测量问题,采用数码相机对目标距离的测量方法进行了研究,同时通过Visual C++编程实现数码相机的空间测距。 论文首先介绍了照相机的基础知识和光学原理,以及在数码相机测距研究中涉及到的透视成像理论(三个层次的坐标系、摄影成像模型、二维图像中的三维线索)。在对数码相机的成像特性、分辨率、景深、弥散圆等问题作了详细的研究基础上,提出了相应的数码相机三维测距的理论依据及算法。根据论文提出的方法,使用计算机对数码相机从现场同一角度拍下的数字图像进行处理,在图片中的被测目标上画线标定,之后输入与所作标定对应的相关数据即可得出拍摄时该目标距照相机镜头平面的距离。研究表明,在已知目标物体几何尺寸的基础上,其空间距离的测定只与数码相机焦距、成像介质的分辨率以及目标物体在图像中的大小有关,可以通过简单的数学关系描述出来。实验结果显示,各距离段处的目标物体空间距离测量结果与实际距离的相对误差基本小于5%,表明该方法具有操作简单,测量精度高,能够用于工程实际的现场实测等优点。可以用于大型钢筋混泥土桥梁远距离挠度测量的空间距离测定,为课题进一步挠度测量打下基础。


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