舰船变形测量方案设计引言摄影测量技术简介基本原理工作流程数字近景工业摄影测量系统简介系统简介系统组成静态变形测量系统实现关键技术坐标配准相同变形点匹配静态变形测量系统测量方案本章小结坐标配准引言坐标配准算法及常用的坐标系坐标配准意义中心透视投影坐标配准涉及的坐标系西安交通大学硕士学位论文坐标系之间的转换关系坐标配准算法实现坐标配准实现方案坐标配准算法本章小结相同变形点匹配引言相同变形点匹配算法及约束条件相同变形点匹配意义相同变形点匹配中的约束条件核线匹配基于领域搜索算法的相同变形点匹配同名变形点重置邻域搜索算法相同变形点匹配算法相同变形点匹配算法验证相关拼合相关拼合意义相关拼合方法实现相关拼合方法验证本章小结气垫舰船静态变形测量系统及实例应用引言静态测量系统构成系统软件设计系统硬件组成系统精度测试摄影测量重建精度验证坐标配准精度验证静态测量系统精度分析应用实例围裙表面静态变形数据测量静态变形数据分析与处理坐标配准相同变形点匹配设定测量标准完成比较输出结果目录本章小结结论与展望结论展望参考文献致谢声明西安交通大学硕士学位论文量和测量的需求，具有较高的实用价值和现实意义。研究意义工业摄影测量技术作为种便捷的非接触式测量手段，作业方式简单，三维坐标同时解算，较之其它测量手段具有以下优点可瞬时获取被测物体的大量物理和几何信息，作为信息载体的图片或影像包含被测目标的大量信息，而且信息具有可重复使用容易存储的特点，特别适用于被测量点数量较多的目标非接触的无损检测手段，可以在恶劣条件如水下放射性强有毒缺氧以及噪音下进行作业可用于动态物体和运动状态的测定，是种适用于微观世界和较远目标的测量手段依赖于传统的理论方法和现代的软硬件条件，可提供较高的精度和可靠性的测量手段，能提供千分之至百万分之的相对精度种基于数字信息和图像处理以及人工智能的技术，可以提供实时在线的现场测量，可以作为土木工程中结构的安装，结构的安全实时在线监测系统。西安交通大学硕士学位论文本课题将工业摄影测量技术实际应用到变形测量中，使变形测量的成本大大降低，测量结果更加丰富，测量局限性小同时作为种非接触测量的方式，在大变形破坏性实验中尤为适用，并为研究复杂受力的工件提供了可靠的实验依据，在工件的机械载荷试验热负载试验环境试验破裂试验拉伸试验等复杂受力情况下的位移场和变形场测量中有广泛的应用前景。主要研究内容和技术路线主要研究内容本文在研究近景工业摄影测量系统的基础上，针对工程实际中的产品，进行了三维全尺寸静态变形研究，开发了套气垫舰船静态变形测量系统。根据研究所对舰船变形的测量要求，首先设计舰船的三维全尺寸静态变形测量方案，并对其表面关键点进行位移变形测量，最后对测量数据进行处理与分析，大大提高了该所气垫舰船变形测量的效率，缩短了气垫舰船的设计周期。主要研究内容如下根据大型气垫舰船变形测量的要求，在实验室自主开发的工业近景摄影测量系统上进行二次开发，设计全局三维静态变形测量方案，实现准确高效的气垫舰船静态变形测量研究了不同变形状态重建结束后的坐标系统问题，主要包括变形状态坐标配准方案设计坐标配准算法研究。对配准算法进行了详细的推导和程序验证研究了各变形状态中相同变形点的匹配问题，设计了种基于领域搜索算法的相同变形点匹配方案。同时提出了相关拼合算法，提高了相同变形点匹配的效率和精度，并大大扩展了静态变形测量系统的应用场合结合研究所的型气垫舰船测量需求，将静态变形测量系统应用于工业现场，对气垫舰船围裙进行了全局静态变形测量，得到精确反映其表面关键点的位移变形等信息的数据。技术路线本文根据摄影测量的基本原理和静态变形测量的要求，设计了气垫舰船静态变形测量系统的整体测量方案，并设计了其中关键实施步骤的实现方案和算法。同时对得到的结果进行严格的精度验证与应用分析，并成功将开发的系统应用于型舰船的静态变形测量。最后得出结论与下步的展望。具体的技术路线图如图所示。绪论气垫舰船静态变形测量要求分析测量整体方案设计坐标拼合算法研究摄影测量重建变形信息测量数据处理总结与展望拼合精度分析相同变形点关联研究邻域搜索算法研究静态变形测量实验变形测量系统处理结果结果分析系统完善系统变形测量精度实验系统完善现场测量型舰船坐标拼合实现方案设计相关拼合研究图技术路线图西安交通大学硕士学位论文气垫舰船变形测量方案设计引言本文的最终目的是开发出套可以应用于实际生产现场的气垫舰船静态变形测量系统，因此需要首先设计系统的实现方案。该系统的实现需要完善两大关键技术各变形状态的坐标配准和相同变形点的匹配。这两个技术的解决方案将分别在在第章和第章做详细介绍。如何设计套将摄影测量技术与静态变形测量目的相结合的静态变形的测量方案，满足气垫舰船静态变形测量的要求，是本章研究的主要问题。本章首先对摄影测量技术进行了研究，在此基础上设计了气垫舰船静态变形测量系统的实现方案并对其进行了详细说明。摄影测量技术简介基本原理摄影测量通过在不同位置和方向获取同物体的两幅以上的数字图像，经计算机图像处理三维重建等算法得到待测点精确的三维坐标。摄影测量技术的原理见下图所示，用普通高分辨率相机通过多个位置拍摄多幅二维相片，经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后得到待测点精确的三维坐标，采用编码标志点技术实现自动化测量。图近景工业摄影测量基本原理图它的基本依据是视觉中的小孔成像原理，即物方点像点及摄影中心位于气垫舰船变形测量方案设计同直线上，满足共线方程如式在已知相机参数等的情况下，对于同个物方点来说，知道物方点在两幅以上图像上的二维坐标值即可解算出它在空间中的三维坐标值。工作流程其工作流程如图，主要包括放置标志点获取图像，图像识别预定向捆绑调整，非编码点重建和添加比例尺个步骤。被测物体重建完成标志点识别图像预定向捆绑调整非编码点匹配应用比例尺放置标志点获取被测物体图像信息图摄影测量流程示意图放置标志点根据被测物体的尺寸和形状特征，在被测物体的周围和被测物体表面放置编码标西安交通大学硕士学位论文志点如图，作为摄影测量中的控制点使用，然后在被测物体的测量关键位置粘贴非编码标志点如图，作为测量中的关键点使用。同心圆环型同心圆环型二分布型分布型二图编码标志点类型图常用非编码标志点图案获取图像，图像识别从不同的角度对被测物体进行图像获取，作为摄影测量处理的数据使用。根据所获取的被测物体图像数据，对每幅图像进行标志点识别，获取每幅图像中所有编码标志点和非编码标志点的中心坐标。预定向根据每幅图像中编码标志点的中心坐标，按照两幅图像中公共编码标志点数目的多少，选用此两幅图像进行相对定向，计算出五个外参数使用共面方程列误差方程，迭代运算，如果此两副图像相机夹角小于度则改用使用下对满足条件的图像进行相对定向，直到找出相机夹角大于度的两副图像，完成相对定向，并重建出至少个编码标志点的三维坐标作为控制点。然后根据这些图像包含的控制点数目，依次循环处理剩余的图像首先利用控制点定向该图像，然后与已经定向好的图像分别搜索公共的未重建的编码标志点，然后重建出来。每定向完毕幅图像后，利用光束平差算法同时调整外参数和重建出的物体点三维坐标。捆绑调整，非编码点重建所有图像都定向完毕后，利用光束平差算法同时调整内外参数和重建出的物体点三维坐标。然后利用极线约束匹配并重建非编码标志点，再利用光束平差算法同时调整内外参数和重建出的物体点三维坐标。添加比例尺根据比例尺信息和测量温度，加入比例尺和温度补偿，获得最终的物体点三维坐标。气垫舰船变形测量方案设计数字近景工业摄影测量系统简介系统简介计算机的广泛应用以及数据处理手段的改进，使得摄影测量精度有了大大的改善，从而开辟了新的用途。在摄影测量中对于测量距离在以内的称为近景摄影测量，在工业测量中有较大的应用前景。如图为近景工业摄影测量系统软硬件组成。软件系统硬件系统图近景工业摄影测量系统工业近景摄影测量系统通过在物体的表面及其周围放置标志点，包括编码点和非编码点，然后从不同的角度和位置对物体进行拍摄，得到定数量的照片，经过图像处理标志点的定位编码点的识别，可以得到编码点的编码以及标志点中心的图像坐标。利用这些结果，经过相对定向绝对定向三维重建以及光束平差，最后加入标尺约束及温度补偿，可以得到标志点准确的三维坐标。系统组成系统测量软件系统测量软件安装在高性能的台式机或笔记本电脑上。编码参考点由个中心点和周围的环状编码组成，每个点有自己的编号。非编码参考点未编码参考点，用来得到测量物体相关部分的三维坐标。专业数码相机校正后的数字相机和镜头固定焦距可互换镜头的高分辨率数码相机。高精度定标尺刻度尺作为测量结果的比例，具有极精确的已经测量的参考点来确定它们的长度。静态变形测量系统实现关键技术坐标配准在摄影测量过程中，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，由于坐标系的不统则无法对相同变形点进行匹配同时也无法计算各个变硕士学位论文基于摄影测量技术的气垫舰船变形测量研究及应用摘要论文题目基于摄影测量技术的气垫舰船变形测量研究及应用学科领域机械工程摘要当今社会，气垫舰船在国防科技经济等领域发挥着日益突出的作用。柔性围裙的工作状态，特别是围裙的典型剖面对于气垫舰船的性能起着重要作用。传感器全站仪技术等传统的变形测量方法存在着检测条件苛刻精度差效率低等问题。针对其局限性，本文基于工业摄影测量技术开发出了套气垫舰船静态变形测量系统，可高效准确地实现气垫舰船的静态变形测量，主要研究工作的内容和所获成果如下针对气垫舰船静态变形测量中存在的船体振动环境恶劣要求精度高等问题，在工业摄影测量技术的基础上深入