昆虫运动参数虚拟四目立体视觉测量研究
关注+2019-04-26作者：不详
微软雅黑; font-size: 15px; text-indent: 30px;"> 昆虫运动参数的测量是研究昆虫运动机理，完善空气动力学理论的基础，可以为微小飞行器的研制提供新的思想、新的概念，是近年来航空领域研究的热点也是昆虫运动仿生研究的一个热门课题。针对昆虫飞行运动的特点多采用非接触的测量方法实现运动参数的测量，但以往的非接触测量方法在进行三维重构时采用了各种假设条件，影响了测量精度，且只能进行单侧翅膀运动参数测量，不能实现双侧翅膀运动参数的同步测量。本论文基于虚拟立体视觉技术对昆虫运动参数测量进行了研究。本论文主要围绕国家杰出青年科学基金项目－高速三维运动视觉检测理论与关键技术研究，针对建立虚拟四目立体视觉测量系统测量高扇翅频昆虫运动参数涉及的关键技术及其存在的问题，从理论、方法和实验上进行了较深入的研究和讨论，并实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的同步测量。本论文主要研究和讨论了：1.阐述了系统测量原理，建立了系统数学模型，分析了系统结构参数对有效视场范围和测量精度的影响，为系统的建立和系统结构优化提供了理论依据。2.详细讨论了亚像素级图像特征提取的方法。针对运动图像序列中特征信息较弱的边缘，分析了阶跃边缘灰度分布特性，提出了一种基于灰度梯度图像的阶跃边缘的亚像素提取方法，实际应用证明该方法具有较高的定位精度和抗噪性；根据翅脉线条方向变化连续的特性，提出了邻域角度约束的方法以准确确定的翅脉交叉点。3.讨论了立体匹配的方法和立体匹配中的各种约束条件；分析了运动图像序列中翅膀特征和标记点之间的关系,提出了空间相对位置不变的约束方法，对运动图像序列特征进行分区域匹配, 不仅减少了匹配搜索的范围而且有效剔除了虚假匹配,然后结合极线约束实现了对运动图像序列的正确匹配。4.针对立体视觉测量系统中昆虫的运动遮挡问题，设计了虚拟四目光学成像系统，针对自由飞行昆虫测量拍摄视场小、昆虫停留时间短的难点，研究了昆虫的习性，设计了自由飞行的引导装置，在此基础上建立了基于单台高速摄像机的虚拟四目立体视觉测量系统，不仅避免了多台高速摄像机的同步驱动问题而且降低了系统的成本和复杂程度。5.深入研究了针对小视场测量范围的四目立体视觉测量系统的标定方法，实现了基于双电子经纬仪和移动平面靶标相结合构建三维标定点并进行系统标定的方法，有效提高了系统的标定精度。 6. 采用样条曲线插值的方法拟合翅膀边缘和面形，恢复了运动翅膀序列的三维形貌，研究了昆虫随体坐标系的建立方法,在此基础上计算了固定飞行和自由飞行昆虫双侧翅膀的运动参数，并根据测量结果进行了运动分析，比较分析了昆虫固定飞行和自由飞行的特点。