基于工业摄影和机器视觉的三维形貌与变形测量关键技术研究 - 图(4)

2019-04-22 10:50

(d)要求非编码标志点每2个点之间的距离应大于变形工件每个变形状态之间最大 变形量的2倍。

3)获取被测物体图像信息

根据摄影测量技术要求,从不同角度对被测物体进行拍摄,获取被测物体的图像 信息,用于摄影测量重建。对变形状态进行取样拍摄时应满足: (a)标尺不要压在工件上以免工件变形; (b>所有变形状态中应使用同一标尺;

(e)拍摄时相机应使用黑白模式,感光度Zoo为佳,光线特别暗时,可以调高感光度,

但要注意拍摄时保持稳定;

(d)拍摄时相机应使用自动对焦模式,闪光等处于打开状态;保持恒定焦距,在拍 摄过程中不要调焦距;

(e)拍摄时相机不要抖动,保证照片不要模糊;

帅按被测物大小不同,每个被测物应拍摄30-100张不同角度的照片; (g)保证每张照片包含至少8个非编码标志点; (h)保证每个编标志码点至少在8张照片中出现; (i)标尺被整体拍到的次数在三次以上。 一般图像由许多连续的交叠的图像组成,比如在与被测物体成4_5度的方向顺时针 拍摄一周。选择测量的标尺,一般情况下两个标尺都要用。理想情况下物体的大小与 标尺应为1: 1,并且标尺和被测量的物体至少在一张图片中被完全包含,这样会在很 多相匹配的图片中有很多共同的非编码标志点,可以提高测量精度,并且自动计算出 非编码标志点。当测量一个无法在一张图像中完全显示的大件物体时,可以使用拼接 的方法。

4)加载变形

如果变形过程尚未结束则需要继续进行加载,使被测物体继续变形。加载变形要 求:加载变形不得改变全球点的空间位置。 _5)状态标志点信息重建

通过对每个状态所获得的图像信息进行处理,将各个状态的变形点信息进行重建。 各状态的变形点信息的重建采用光学摄影测量的原理,包括对拍摄图像的图像识别以 获得标志点在各个图像上的中心坐标,再通过捆绑调整和图像匹配的方法对变形点的 空间位置进行精确重建,并对每个变形点进行编号。重建变形点信息应满足: (a)基准状态的全球点应全部重建成功;

(b)其余变形状态的全球点数目应多于4个; (c)各个变形状态的标尺使用成功;

(d)所有变形状态中的变形点信息均重建成功。 6)坐标配准

通过全球点进行坐标配准。根据全球点在不同状态重建后的坐标信息,使用本章 中的坐标配准算法进行坐标配准,将所有状态下的变形点坐标转换到同一坐标系下。 7)相同变形点匹配

根据各个状态下的非编码点坐标,通过本章介绍的方法将相同非编码标志点在不 同状态下的编号信息置为相同,使相同变形点在各个变形状态之间相互匹配。相同变 形点匹配应满足:通过相同变形点匹配算法,将同一变形点在各个变形状态下的编号 信息置为相同。

8)计算变形量,绘制变形色谱图

根据全球点所转换的同一坐标下的所有变形点的坐标信息和ID编号信息,将相同 ID编号的变形点相互匹配起来,计算坐标信息在各个变形状态下的差值,计算位移变 形量的大小、方向并绘制位移变形色谱图。计算位移变形量应满足:同一变形点在各 个变形状态下的ID编号信息应为相同。 5.2.2坐标配准算法

在摄影测量过程中,各个变形状态所重建的空间坐标信息均是在各自的摄影测量 坐标系中,由于坐标系的不统一,无法对相同变形点进行匹配,同时也无法计算各个 变形状态中的变形量信息,所以为了静态变形测量中相同变形点的匹配和变形量的计 算必须在测量结束后将所有变形状态之间的坐标系统一。 1>坐标配准涉及的坐标系

本文所涉及的常用坐标系一般采用右手准则来定义,常用的坐标系统包括以下几 不中:

(1>物方(空间)坐标系

物方(空间)坐标系。-XYZ是全局统一坐标系(也称世界坐标系),用来定义物方点 的空间坐标P (X, Y, Z),一般选取控制点测量坐标系(如全站仪测量坐标系)作为物方空 间坐标系。

C2)摄影测量坐标系

摄影测量坐标系是一种辅助性的坐标系。当存在多个不同位置的像机(摄站)拍摄照 片时,一般选取第一个摄站的像空间坐标系作为摄影测量坐标系。

每次摄影测量重建时,均会重新产生一次摄影测量坐标系,从而导致每次摄影测 量重建时,所产生的坐标系往往各不相同。 2)坐标系之间的转换关系

在静态变形测量中,主要存在的坐标转换关系为:坐标配准中的摄影测量坐标系 的统一(如图_5-2中0} -x}Y,z,和0z - xzYzzz间的坐标转换)和后期变形分析时的摄影测量

坐标系与物方(空间)坐标系间的转换(如图_5-2中0} -x}Y,z,和O - XYZ间的坐标转换)。 这两个转换关系本质均为两个三维坐标系之间的转换。

3)坐标配准实现方案

根据上述的转换关系,可知如果要将坐标系统一,就需要求取坐标系之间的旋转 矩阵R和平移矩阵T。而为了求得旋转和平移矩阵,则需要寻找多组满足公式(5-1)

的点对。

如图_5-3所示为坐标配准流程。

在摄影测量过程中,使用到了两种标志点:编码标志点和非编码标志点。其中非 编码标志点的ID编号在重建过程中,连续编号,而编码标志点的ID编号根据其自身 特征在图像识别时己经明确唯一标识。所以根据摄影测量技术的这一特征,通过使用 编码标志点作为多个变形状态中的摄影测量坐标系之间的对应点对,求取多个变形状 态中的摄影测量坐标系之间的对应关系。最后通过对各个变形状态中的数据信息进行 处理,使各个变形状态中的坐标系统一。

4)坐标配准计算

根据全球点进行坐标配准,首先,使用全球点的形心在两个状态中的位置关系, 将所有全球点坐标转换为相对其形心的坐标,这样两个状态中的全球点相互关系就转 化为了旋转关系;然后,使用配准算法求取旋转矩阵;最后,根据旋转矩阵求得实际 的平移矩阵。配准算法如下所述。

假设第i个变形状态相对于基础状态,有m对全球点,第i个变形状态下的所有


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