葉片作為航空發(fā)動機(jī)動力來源的關(guān)鍵零部件之一,對其三維型面輪廓的測量是檢驗(yàn)加工質(zhì)量和保障航空發(fā)動機(jī)整體性能的重要方面之一。如何快速、靈活地掃描測量葉片三維型面一直是航空工業(yè)制造領(lǐng)域中的前沿問題。本文以單目視覺光柵投影法為理論基礎(chǔ),著重從測量系統(tǒng)的原理建模、系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定、光柵條紋圖像絕對相位恢復(fù)和無效相位值去除等關(guān)鍵方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究。完成的主要研究和取得的成果如下:（1）提出了一種簡化、靈活的相位-深度變換模型�；谠O(shè)計的單目視覺光柵投影葉片測量系統(tǒng)方案,首先從二維、三維的幾何原理角度詳細(xì)推導(dǎo)論證了該相位-深度變換模型;其次引入帶有一、二階徑向畸變系數(shù)的面陣CCD攝像機(jī)針孔模型,建立了一個在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間點(diǎn)三維坐標(biāo)計算框架;最后給出了該相位-深度變換模型在空間幾何布局上的兩種結(jié)構(gòu)情形與數(shù)值仿真結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該模型的可行性與靈活性。（2）提出了一種基于棋盤格二維平面靶標(biāo)與相位法的測量系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定與優(yōu)化體系,其涵蓋了攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)、深度參數(shù)標(biāo)定及所有參數(shù)的非線性優(yōu)化四個子體系。首先,通過棋盤格標(biāo)定靶標(biāo)和構(gòu)造的最佳消隱點(diǎn)最小二乘尋優(yōu)函數(shù)改進(jìn)了消隱點(diǎn)的產(chǎn)生模板,建立... 

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 基于光柵投影法的葉片三維測量現(xiàn)狀分析
    1.3 光柵投影法的關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀分析
        1.3.1 測量系統(tǒng)建模
        1.3.2 絕對相位恢復(fù)
    1.4 本文的研究體系
        1.4.1 存在問題分析
        1.4.2 研究思路與內(nèi)容
        1.4.3 章節(jié)安排
第2章 單目視覺光柵投影測量系統(tǒng)建模與構(gòu)成
    2.1 葉片測量的總體方案設(shè)計
    2.2 單目視覺光柵投影測量系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模
        2.2.1 面陣CCD攝像機(jī)模型
        2.2.2 相位-深度變換模型
    2.3 單目視覺光柵投影測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.3.1 系統(tǒng)硬件選型
        2.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
第3章 系統(tǒng)模型的參數(shù)標(biāo)定與優(yōu)化
    3.1 基于改進(jìn)消隱點(diǎn)模板的內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定
        3.1.1 消隱點(diǎn)與攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)
        3.1.2 常見消隱點(diǎn)模板存在的問題及改進(jìn)
        3.1.3 內(nèi)部參數(shù)的線性標(biāo)定原理
        3.1.4 內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與結(jié)果比較
    3.2 基于改進(jìn)Tsai兩步法的外部參數(shù)標(biāo)定
        3.2.1 Tsai兩步法的不足與改進(jìn)
        3.2.2 外部參數(shù)的線性標(biāo)定原理
        3.2.3 外部參數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與結(jié)果比較
    3.3 基于棋盤格角點(diǎn)亞像素坐標(biāo)相位的深度參數(shù)標(biāo)定
        3.3.1 深度參數(shù)標(biāo)定原理
        3.3.2 亞像素坐標(biāo)相位提取
        3.3.3 深度參數(shù)性能分析
    3.4 基于坐標(biāo)殘差當(dāng)量的非線性優(yōu)化
    3.5 測量系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定流程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.5.1 測量系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定流程
        3.5.2 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與參數(shù)評估
    3.6 本章小結(jié)
第4章 光柵條紋圖像的主值相位提取與展開
    4.1 正交矢量圖解雙步相移主值相位提取
        4.1.1 正交矢量圖解相移的基本思想
        4.1.2 正交矢量圖解雙三步相移方法
        4.1.3 圖解雙三步相移的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.2 互質(zhì)雙頻光柵條紋級數(shù)雙射模型相位展開
        4.2.1 光柵條紋級數(shù)集合
        4.2.2 雙頻光柵條紋級數(shù)雙射模型
        4.2.3 繪制光柵條紋級數(shù)圖像
        4.2.4 相位展開實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.3 葉片絕對相位恢復(fù)實(shí)例
    4.4 本章小結(jié)
第5章 絕對相位圖像的無效相位值識別與去除
    5.1 無效相位值簡要分析
    5.2 基于圖像灰度梯度幅值平方的條紋級數(shù)粗煉
    5.3 基于變種區(qū)域分裂-合并法的條紋級數(shù)精煉
    5.4 無效相位值去除方法性能比較
    5.5 本章小結(jié)
第6章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)與實(shí)例測量分析
    6.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
        6.1.1 軟件總體結(jié)構(gòu)
        6.1.2 軟件功能模塊
    6.2 測量系統(tǒng)性能評估分析
        6.2.1 掃描速度估算
        6.2.2 分辨率計算
        6.2.3 單次測量精度評估
        6.2.4 穩(wěn)定性分析
    6.3 葉片實(shí)例測量分析
    6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 工作總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新性成果
    7.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況



本文編號：3716213