西安交通大学信息机电研究所西安交通大学模具与先进成形技术研究所技术研究特色西安交通大学工业三维摄影测量技术发展路线三维全场变形技术概述面向复杂机械和新型材料运行工况下或现场使用单位简介研究生招生XTDICXTDVCXTRTXTMicroXTDIC 3D控制箱数字散斑全场应变XTDP三维光学测量坐标变换XTDCAL工业近景摄影测量XTSD静态变形XTDA大型飞机风洞大视场高速运动物体动态变形和运动轨迹XTSOXTOMXTOM INSPECTOR三维扫描仪XTFLC板料热成形三维全场应变检测试验机XTSM板料和管材胀形成形试验的三维全场变形检测系统板料成形膜结构双轴双向拉伸试验机双轴四缸电液伺服静态、动态、疲劳试验机双向对称微拉伸试验机(用于光学和电子显微镜)TOMS-汽车模具三维光学快速检测系统专用系统核心技术:复杂工况三维全场动态变形检测技术关键技术产品应用领域系列产品概述三维全尺寸快速检测解决方案:大型复杂工件产品的反求和快速质量检测其他光学体式显微镜测量板料液压胀形试验的三维全场变形检测数据动画演示泡沫铝物体内部变形测量实验板料成形极限FLC快速测定(3D-DIC)飞机风洞模型三维全场应变检测(数字图像相关法)一种基于DIC技术识别焊缝材料参数的新方法高温三维全场应变测量(3000摄氏度以内)高速拉伸变形技术发展路线高速冲击振动模态分析实验---数字散斑应用圆棒试件疲劳实验汽车车桥的静态变形和数字散斑三维全场应变实验木材压缩和弯曲性能试验----全场应变分析型号和配置------XTDIC数字散斑应变测量分析一般测量步骤 XTDIC数字散斑系统计算步骤-----XTDIC数字散斑系统显示和编辑计算结果----XTDIC散斑系统输出功能------XTDIC数字散斑系统大幅面三维全场应变测量视频----XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统沙土全场变形实验-相似材料钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验拉伸试验三维全场应变测量总体功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统主要功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统变形分析功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析分析曲线功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量报表功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统截线分析---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统等势线分析--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析XTDIC数字散斑系统与电子引申计比对试验XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统三维全场应变测量分析重型卡车车架和车门全方位静态变形和全场应变检测发动机活塞缸体受力三维静态变形实验相似材料模型变形实验-标志点变形和全场变形两种方法复合材料节点试验---基于XTSD的三维静态变形测量大型结构件大变形三维摄影测量相似材料模型实验-光学三维变形测量变形分析应用大尺寸大变形静态测量某汽车覆盖件冲压全场应变检测步骤和流程汽车覆盖件(长到6米)板料冲压全场应变三维检测板料成形极限FLC试验板料剪切实验装置大型汽车模具制件的实际板料成形三维全场应变检测数字图像相关法(散斑应变)在板料力学性能测试中的应用板料成形网格应变测量实验快速使用说明---XTSM板料成形应变测量分析系统评估模式说明-----XTSM板料成形分析计算模式-XTSM板料成形网格应变分析系统三维点云处理---XTSM板料成形网格应变分析系统网格模式---XTSM板料成形网格应变分析系统XTSM板料成形应变测量分析系统板料成形网格变形分析楼房振动变形实验飞机风洞模型静态变形测量飞机结构件运动特性的动态视觉测量系统动态变形和运动轨迹汽车模具快速质量检测和比对分析路面构造三维扫描及三维坐标获取TOMS汽车模具摄影测量系统实现汽车模具实型数字化检测汽车模具三维光学系统应用于汽车覆盖件回弹的计算三维检测应用比对分析和质量检测焊接过程高温三维全场应变实时检测焊接失稳变形光学非接触三维检测的研究三维全场变形应变系统在焊接学科的研究和应用焊接过程三维全场应变检测实验采用XTSD静态变形系统的焊接过程三维变形检测实验采用XTOM面扫描系统进行焊接变形实验焊接变形试验--光学三维动态变形测量大尺寸无缝焊接管道三维测量和变形分析焊接变形和应变分析船用螺旋桨叶片检测大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究大型水轮机叶片、汽轮机叶片、船舶螺旋桨的快速检测手机零部件三维测量测量实例三维光学测量的应用领域逆向设计应用客车逆向设计快速建模案例轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测大型挖掘机铲斗模型的建模和测量测量实例 测量系统软件界面三维扫描测量实例 逆向和检测汽车模具检测案例 大型泡沫和铸件快速检测其他测量案例行业应用复杂工况三维全场动态变形 检测技术三维全场变形技术概述应变(strain)工业摄影测量光束平差(捆绑调整)自标定方法数字图像相关法(Digital Image Correlatiom,DIC)工业数字近景摄影测量与机器视觉的关系机器视觉(Machine Vision)工业数字近景摄影测量Photogrametry国内外DIC相关研究链接国内外三维检测Strain Measurement by Digital Image Correlation数字散斑全场应变分析工业近景摄影测量静态大尺寸大变形动态变形和运动轨迹三维扫描和建模板料成形网格变形分析焊接变形和应变分析比对分析和质量检测点云处理和三角化相机标定其他综述
XTDCAL多相机多幅面的相机柔性自标定系统


相机标定是三维近景摄影测量的基础,决定摄影测量设备的总体精度。相机标定确定内外参数,用于校正相机和镜头畸变,确定多个相机之间的相对位置。传统的相机标定需要制作精确的标定块或平面棋盘格,需要知道精确的三维坐标。传统标定方法的缺点:精确的标定块只适合小幅面标定、不易制作大的标定块;精度有待提高,标定较繁琐不适于生产现场使用。

三维近景摄影测量——技术原理(多相机多幅面的相机柔性自标定技术)

1) 自标定是指将内、外参数放在一起同时进行整体平差计算,也就是带有附加参数的整体平差。既调整摄像机内参数、外参数,同时也调整标定平面模板特征点的物方坐标。

2) 该算法考虑了标定物的物方坐标误差,同时镜头畸变模型中对径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变进行了全面考虑。

3) 只需一对物方点之间的距离,就可以利用捆绑调整的方法,同时计算出相机内、外参数和物方点的坐标,实现相机的标定。

三维近景摄影测量——技术特点和创新:

1) 采用十参数相机模型全面补偿各种畸变,以补偿镜头带来的成像畸变,包括径向畸变、偏心畸变、像平面畸变、焦距和主点误差等。

2) 无需标定板物方坐标,可以对不同视场单个或多个相机进行标定,标定视场从几十毫米~几米。标定过程自动化,适用于工业现场标定。

3) 标定参数初始值由摄影测量中相对定向和直接线性变换方法得到,然后使用捆绑调整算法整体优化物方坐标和相机内外参数。

4) 实验结果表明,提高了8倍以上的标定精度。

三维近景摄影测量——标定

标定板主要用于小视场标定(多相机多幅面的相机柔性自标定技术)


标定板规格

标定测量幅面(长×宽)

CP 400×300型号

400×300 mm ~500×375mm

CP 256×192型号

256×192 mm ~400×300mm

CP 192×144型号

192×144 mm ~256×192mm

CP 128×96型号

128×96 mm ~192×144mm

CP 64×48型号

64×48 mm ~128×96mm

CP 32×24型号

32×24 mm ~64×48mm

CP 16×12型号

16×12mm~32×24mm

CP 8×6型号

8×6mm~16×12mm

可定制其他规格

……

可定制其他规格

……



标定板


十字架标定板(多相机多幅面的相机柔性自标定技术)
标定十字架主要用于大视场的标定,可以拆装,方便携带。

标定十字架规格

标定测量幅面(长×宽)

CC5000型号

5000×5000mm~6000×6000mm

CC4000型号

4000×4000mm~5000×5000mm

CC3000型号

2000×2000mm~4000×4000 mm

CC2000型号

2000×2000 mm~3000×3000 mm

CC1500型号

1500×1125 mm~2000×1750mm

CC1000型号

1000×750 mm~1500×1125mm

CC500型号

500×375 mm~1000×750mm

可定制其他规格

……

可定制其他规格

……


标定十字架


西安交通大学“相机多幅面的相机柔性自标定技术”该技术解决了传统标定方法需要高精度标定块,实现了快速、方便、高精度相机标定,是三维近景摄影测量的基础和核心。


相机标定技术是三维光学测量的核心技术,是测量精度的基础。目前相机标定方法基本上都是平面标定和标定块标定方法。其中国内单位使用最多的是张正友的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,由于其算法是公开的,所以很多厂家直接采用张正友相机标定算法。但是该算法存在很多问题,无法保证摄影测量设备的测量精度,只能用于对精度要求不高的图像模式识别研究,只能标定小视场的相机(如100mm~200mm)。平面圆点图案的标定算法存在的主要问题如下:


1)要求标定板圆点图案中,每个圆点的位置是已知的,而且要事先高精度测量图案中所有圆点的位置,每一个标定板都必须事先测量。圆点的位置误差直接影响标定的精度。

2)要求标定板严格的平整度。对于小尺寸的标定板,如100mm~200mm,可以加工出较好的平整度,但是对于大尺寸的标定板,如200mm~2000mm,根本无法加工出高精度的标定板。

3)只能实现小幅面的相机标定,如100mm~200mm。因为无法加工出几米长的高精度平板,所以无法实现高精度的大幅面相机标定,如200mm~2000mm。


因此,传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法无法满足工业测量的精度要求,受标定板制作的各种误差(如平面度误差、圆点位置误差等),标定精度无法保证,只能用于小视场相机标定(只能局限在100mm~200mm),只能用于对测量精度要求不高的图像模式识别研究,其标定精度根本无法满足工业测量的要求。


西安交通大学研制的“基于摄影测量的相机自标定技术”,该标定技术有效地解决了传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,实现了高精度的相机标定。其优点如下:


1)高精度相机标定,相机标定精度是可控的,不是随机的。传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,其标定精度无法控制,随机性很大。

2)可以完成多种视场的相机标定,可以完成1mm~10000mm视场的相机标定,实现可控的高精度相机标定。


大视场可拆装标定十字架



更大视场可拆装标定十字架


显微镜的三维标定技术要实现显微三维测量,首先要解决显微镜的三维标定技术。   在“XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统”的基础上,研制了各种显微镜的微小视场三维标定方法

各种显微三维标定


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