论文摘要：基于视觉的三维冰形测量技术研究

冰风洞结冰实验之后需要对机翼上产生的积冰进行冰形提取及数字化。传统的冰形提取及数字化方法依靠纯手工操作完成，效率低、精度低，且只能获得少数几条二维冰形轮廓。基于计算机视觉和数字图像处理的基础理论，本文提出了一种获取冰形数据的新方法。该方法可实现冰形测量的自动化，且是一种非接触测量方法，避免了人为干预带来的误差。采用该方法提取的冰形，本身即为数字化结果。该方法不但可以获得高度密集的沿机翼弦向的冰形数据点，而且可以获得任意多条沿机翼展向的二维冰形轮廓的数据点，为精确拟合出高精度的三维冰形创造了有利条件。作者制造了三维冰形测量仪的硬件系统，该系统基于结构光双目视觉原理，含有两个结构光视觉传感器，每个传感器由一台CMOS摄像机和一件红色线激光器构成，故又可称之为结构光双目视觉测量系统。此外，作者制作了配套的多功能标定与测量支架，将一块共面靶标固定于该支架上，一次性图像采集就可实现整个系统的现场标定，大大减轻了系统标定的劳动强度，缩短了标定时间，提高了标定和测量的效率。 本文首先简要介绍了提取及数字化冰形的传统方法，分析了其特点。然后，详细介绍了三维冰形测量系统的硬件组成。之后详细介绍了视觉测量的关键技术，包括摄像机模型、摄像机内部参数标定、视觉传感器结构参数标定、多传感器测量系统现场全局标定及三维重构等。这些关键技术也是支撑该测量系统的主干。最后通过程序实现了上述算法并进行了相关实验研究，验证了该设备及其相关算法的有效性及实用性。实验证明，该系统可以在实验现场实现快速标定，并能快速获得高精度的三维冰形点云数据。