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膜結構氣彈模型試驗是研究膜結構氣彈效應最常用的手段,在現有的膜結構響應觀測中一般采用加速度傳感器,激光位移計等,但是這些傳統的觀測技術存在著觀測信息為點狀,測定效率低,信息量和廣度有限的問題,因此需要對膜結構的觀測技術進行改進。而雙目立體視覺技術作為一種非接觸測量技術,能獲得物體全場的信息,信息量大,已在航空航天等領域得到廣泛的應用。

本文的研究主要是利用雙目立體視覺技術在測量物體變形上的優勢,通過形成雙目立體視覺技術觀測系統,并將該系統運用于膜結構氣彈試驗中,針對實際測量中的相關問題開展了研究工作。

主要內容如下:

(1)基于雙目立體視覺技術的基本數學模型,通過明確世界坐標系,對雙目立體視覺技術的坐標變換方程進行了改進。在此基礎上,圍繞著求解坐標變換方程,針對如何減小噪聲干擾,提高處理速度,對現有響應觀測處理過程進行改進和補充:對相機標定問題采用了Open CV平臺；對測點像素坐標的獲取進行了優選、改進和補充；提出了八鄰域像素點連續跟蹤用以解決標識點的連續性識別；提出了采用基于基準相片的排列匹配方法將測點像素坐標進行對應。由此形成了雙目立體視覺技術響應觀測算法。

(2)根據所形成的雙目立體視覺的觀測算法,確定了觀測中所需要的硬件設備,完善了整個軟件系統,并將軟件系統轉化為人機交互界面:借助Open CV開發了標定模塊,提高了計算效率和自動化程度；基于Matlab開發了可視化的雙目立體視覺觀測平臺,將像素坐標計算,三維位移計算以及全場結果計算三個過程集成了觀測平臺,由此形成雙目立體視覺觀測系統。

(3)利用所形成的雙目立體視覺技術響應觀測系統,結合現有的實驗條件,針對膜結構氣彈模型試驗,探討了可能的觀測方案。在此基礎上采用雙目立體視覺觀測系統,對典型膜結構進行不同風速,不同模型形式的氣彈試驗,確定了觀測系統的識別精度,適用范圍,對模型曲率變化的敏感性,同時,給出了膜面的全場位移結果。