三轴土样变形数字图像测量误差修正和数据处理

论文摘要

土工三轴试验在土力学研究和工程应用中有非常重要的地位,土工三轴仪作为最重要的试验仪器之一,对土力学的发展起到了十分重要的作用,然而三轴试验现行的变形测量方法存在着诸多的缺陷和不足,把计算机数字图像测量技术应用于土工三轴试验,可以克服这些缺陷和不足,为土工三轴试验提供一种新的、更为合理有效的变形测量手段。应用数字图像测量技术测量三轴试验试样的变形,有许多传统方法不能比拟的优越性：较高的变形测量精度；非接触式测量；可以在试样变形测量的时间用图片的形式记录三轴试验的全过程,便于试验结束以后对试样变形的重新分析和研究。文中对测量系统的误差来源进行了分析,考察了镜头畸变,环境误差以及各种假定带来的误差。用不同的畸变修正方法对镜头的畸变进行修正,同时引入边缘识别,用于确定变形过程中的土样轴心位置。分析了圆柱形试样的成像特点,提出了三轴试样表面变形场研究的数学表达式,并给出了求解的思路：即通过像素当量的归一化处理,计算环向变形或横向变形,讨论环向变形、横向变形与径向变形的关系,求解出径向变形场。以试样表面的弧长为基准对由三个独立拍摄的试样成像进行了拼接,同时考虑了点缺失,图像歪斜时的状况,对原图进行缺失点补齐和旋转处理,得到了比较好的结果,得到了三轴土样的全表面变形场和应变场。本文还介绍了自主研发的数字图像测量系统以及相应的后处理软件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 三轴试验仪
• 1.1.2 数字图像测量方法
• 1.1.3 三轴试验变形传统测量方法
• 1.1.4 三轴试验中数字图像测量技术的应用
• 1.2 本论文的主要研究工作
• 2 基于亚像素角点检测的数字图像测量方法
• 2.1 角点识别亚像素检测的基本原理
• 2.2 系统组成
• 3 数字图像测量的误差及精度分析
• 3.1 关于误差
• 3.2 数字图像测量误差来源
• 3.2.1 镜头畸变误差
• 3.2.2 投影带来的误差
• 3.2.3 偏心带来的误差
• 3.2.4 弦代直径引起的误差
• 3.2.5 角点制作的误差
• 3.2.6 其它误差
• 3.3 系统误差修正
• 3.3.1 镜头畸变标定方法
• 3.3.2 环境误差的修正
• 3.4 图像测量系统的精度分析
• 3.5 本章小结
• 4 三轴试样表面变形场的实现
• 4.1 等值线概述
• 4.2 试样表面应变场
• 4.2.1 曲面展开
• 4.2.2 环向应变场和轴向应变场的计算
• 4.2.3 横向应变与环向应变
• 4.2.4 不同单元型式得到的应变场比较
• 4.2.5 环向应变与径向应变关系
• 4.2.6 关于径向应变的探讨
• 4.3 变形过程中的像素当量
• 4.3.1 确定像素当量的方法
• 4.3.2 某物距下像素当量的求取
• 4.4 本章小结
• 5 三轴土样全表面变形（应变）场的拼接
• 5.1 测量系统的改进
• 5.2 三轴试样全表面变形场及应变场的计算
• 5.2.1 节点重新编号
• 5.2.2 用边缘识别来确定土样轴心位置
• 5.2.3 边缘点在计算过程中的转换运用
• 5.2.4 拼接
• 5.2.5 图像的旋转
• 5.2.6 点缺失情况的处理
• 5.2.7 全表面变形和应变场
• 5.3 本章小结
• 6 我们的软件
• 6.1 数字图像采集系统
• 6.2 后处理系统
• 6.2.1 软件的主页面
• 6.2.2 数据匹配问题
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢