淺析十三陵電廠可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)

張文魁 李賀寶 胡新文

【摘要】 ? ?本文將詳細(xì)介紹可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)的主要內(nèi)容與理論依據(jù)，通過專業(yè)的研究與調(diào)查，以十三陵電廠水輪發(fā)電機(jī)組的測(cè)量為例，全面展現(xiàn)了定向算法、標(biāo)定技術(shù)、項(xiàng)目應(yīng)用系統(tǒng)與運(yùn)用過程等的設(shè)計(jì)，從而增進(jìn)了人們對(duì)視覺測(cè)量技術(shù)的了解，在日后的使用中奠定適宜基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 ? ?十三陵電廠 ? ?可逆式水輪發(fā)電機(jī)組 ? ?視覺測(cè)量技術(shù)

引言：

在測(cè)量可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板的過程中，其會(huì)遭受多重要素影響，如測(cè)量?jī)x器的精度、不同的采樣布點(diǎn)模式或平面度誤差等，而視覺測(cè)量技術(shù)可有效降低其存有的誤差，提升電廠內(nèi)部發(fā)電機(jī)組的鏡板狀態(tài)。

一、可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)的主要內(nèi)容

在研究可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)前需了解其要研究的主要內(nèi)容，具體來說，可重點(diǎn)研究三維視覺幾何中的定向算法，如捆綁調(diào)整算法、絕對(duì)定向算法、相對(duì)定向算法、前方交會(huì)算法與后方交會(huì)算法等，在開展工業(yè)近景測(cè)量時(shí)，若借助像點(diǎn)坐標(biāo)來預(yù)設(shè)物體點(diǎn)坐標(biāo)，其要設(shè)定與掌握對(duì)應(yīng)性坐標(biāo)間的變換關(guān)系，如空間直角與平面直角坐標(biāo)系等。同時(shí)，相關(guān)人員還可研究相機(jī)標(biāo)定技術(shù)，其可作用在高精度的攝影測(cè)量下，簡(jiǎn)單來講，標(biāo)定技術(shù)會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生直接影響，即便是傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定也要借助精度較高的標(biāo)定塊，若想掌握適宜的相機(jī)成像模型，技術(shù)人員可開展專業(yè)性研究，可設(shè)置合適的小孔成像模型。在小孔成像模型內(nèi)其能完成三點(diǎn)共線，即像點(diǎn)、鏡頭中心與物方點(diǎn)等，由于不存在理想相機(jī)，且在攝影期間會(huì)遭受多種要素干擾，從而使理論位置與成像平面存有偏差，降低其精準(zhǔn)度。此外，若攝影測(cè)量系統(tǒng)獲取了對(duì)應(yīng)性圖像，技術(shù)人員還可采用三維重建技術(shù)，率先檢測(cè)其內(nèi)部標(biāo)志點(diǎn)，得到該像素的圖像坐標(biāo)，只有標(biāo)志點(diǎn)檢測(cè)的精度較高，才能真正提升其攝影測(cè)量技術(shù)，通過圖像內(nèi)部的中心坐標(biāo)可開展三維重建工作，從而優(yōu)化可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌，理解視覺測(cè)量技術(shù)的全部?jī)?nèi)容[1]。

二、鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)的理論依據(jù)

為提升鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用水平，技術(shù)人員需找到以該項(xiàng)技術(shù)為依托的理論依據(jù)，經(jīng)過詳盡的研究后找出了以數(shù)字照相為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)，其測(cè)量方式要借力于攝像機(jī)，在測(cè)量同一物體時(shí)可運(yùn)用不同方位，通過適宜的算法與圖像處理來獲得對(duì)應(yīng)性空間三維坐標(biāo)值。相較于舊式的機(jī)械導(dǎo)軌測(cè)量法，當(dāng)前的測(cè)量方式更為靈活與簡(jiǎn)單，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也與先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)相適應(yīng)，無論是操作步驟、速度與精度都有了更高的需求。在研究三維重建算法的過程中，借助遞增式策略可有效處理無序、大規(guī)模的圖像，如埃及金字塔、羅馬斗獸場(chǎng)的三維重建，通過對(duì)該系統(tǒng)的使用，提升了其內(nèi)部圖像序列的有序性，在系統(tǒng)集成化方面還存在一定的提升空間。

當(dāng)前單攝像機(jī)類的視覺測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用已較為廣泛，其在使用期間帶有諸多優(yōu)勢(shì)，如測(cè)量精度較高、成本低、操作便利且系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單等，在開展視覺測(cè)量的過程中，其會(huì)受到特定編碼數(shù)量的限制，在進(jìn)行三維重建時(shí)只能測(cè)量某一物體的一個(gè)區(qū)域，若想測(cè)量大型物體，如飛機(jī)等的三維重建要借助相機(jī)在其周遭拍攝多種圖像，基于圖像間的重疊性，有助于提取圖像特征，只有保證一定量的圖像數(shù)據(jù)基數(shù)，才能讓測(cè)量工作變得更為精準(zhǔn)。

三、水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量技術(shù)在十三陵電廠的實(shí)際應(yīng)用

3.1設(shè)置定向算法

為掌握視覺測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用效果，試驗(yàn)人員以十三陵電廠中的水輪發(fā)電機(jī)組為例，闡述視覺測(cè)量技術(shù)在該項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用。在正式研究該項(xiàng)目時(shí)，要設(shè)置合適的定向算法，為找出攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的位置，技術(shù)人員需設(shè)置圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)，即圖像平面與該光軸的交點(diǎn)，uo，vo，在X與Y的方向中還存有不同的物理尺寸，如dx與dy，若想找出X與Y方向中的單位長(zhǎng)度內(nèi)的像素個(gè)數(shù)，可依據(jù)該公式，。當(dāng)該圖像平面在實(shí)際成像的過程中，若平面坐標(biāo)的設(shè)置較寬松，主點(diǎn)的像的坐標(biāo)值應(yīng)不等于零，其存有的數(shù)值將極為微小。部分相機(jī)鏡頭還存在物鏡畸變等不良要素，與理論位置相比，其平面中的實(shí)際坐標(biāo)會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差，嚴(yán)重影響共線方程的基本形態(tài)[2]。

3.2加強(qiáng)標(biāo)定技術(shù)的設(shè)計(jì)

在開展標(biāo)定技術(shù)的設(shè)計(jì)前，技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到該技術(shù)在視覺測(cè)量項(xiàng)目中的重要性，該技術(shù)水準(zhǔn)的優(yōu)劣將直接影響其測(cè)量精度，傳統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)要根據(jù)相機(jī)測(cè)算出精度較高的標(biāo)定塊，利用該標(biāo)定塊來找出三維點(diǎn)中的坐標(biāo)與其相關(guān)的內(nèi)外參數(shù)。在研究數(shù)值相機(jī)攝影的過程中，若出現(xiàn)干擾成像要素其相機(jī)鏡頭可出現(xiàn)平面正交畸變、偏心畸變、徑向畸變與平面不平畸變等，受多種畸變影響，其會(huì)生成誤差，從而難以形成共線方程。

具體來說，針對(duì)徑向畸變而言，當(dāng)鏡頭出現(xiàn)徑向畸變期間，其理想點(diǎn)與實(shí)際像點(diǎn)會(huì)沿著徑向進(jìn)行不同方式的偏移，其原因在于鏡片會(huì)生成不同程度的加工誤差，此類畸變的主要特征為其會(huì)沿著鏡頭中心進(jìn)行合理性對(duì)稱，該像點(diǎn)的畸變大小與其鏡頭中心點(diǎn)的距離密切相關(guān)。

為改進(jìn)標(biāo)定精度，在進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定時(shí)技術(shù)人員要利用工業(yè)攝影測(cè)量?jī)?nèi)的捆綁調(diào)整法，在制定出一定的目標(biāo)后同時(shí)測(cè)算內(nèi)外參數(shù)，通過整體平差的計(jì)算，不僅改善了該攝像機(jī)中的內(nèi)外部參數(shù)值，其平面模板內(nèi)部的特征點(diǎn)也獲得了相應(yīng)改進(jìn)，找出了適宜的物方坐標(biāo)。在制定該算法期間，技術(shù)人員需仔細(xì)考量該標(biāo)定物中的物方坐標(biāo)，確認(rèn)其各項(xiàng)數(shù)值，嚴(yán)格控制該坐標(biāo)可能生成的誤差。在鏡頭畸變的模型內(nèi)相關(guān)人員還要全面考慮薄棱鏡畸變、切向畸變與徑向畸變等。對(duì)于捆綁調(diào)整法的使用，技術(shù)人員僅需掌握各物方點(diǎn)間的距離，找出物方點(diǎn)、相機(jī)外部與內(nèi)部的參數(shù)坐標(biāo)值，從而完成相機(jī)標(biāo)定。

3.3設(shè)置適宜的項(xiàng)目應(yīng)用系統(tǒng)

為保障三維坐標(biāo)的測(cè)量效果，技術(shù)人員要設(shè)置適宜的三維重建系統(tǒng)，其具體流程主要為開展大規(guī)模的圖像序列，借助圖像特征間的關(guān)系完成匹配，繼而進(jìn)行增量式重建，再利用適宜的方法找出各坐標(biāo)內(nèi)部的測(cè)量點(diǎn)與對(duì)應(yīng)圖像[3]。

一般來講，在使用大規(guī)模圖像序列期間，技術(shù)人員應(yīng)找出各圖像特征間的關(guān)系，通過對(duì)其特征的提取來完成匹配工作。在進(jìn)行增量式重建時(shí)要設(shè)置出合理的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)中設(shè)定初始化模式，并挑選出最優(yōu)的初始對(duì)，再通過計(jì)算測(cè)算出初始項(xiàng)的三維模型。在研制三維模型的過程中還要重建三角法，若其需要處理相應(yīng)圖像可適時(shí)增加圖像，通過PnP求解來達(dá)到圖像處理效果，借助全局光束平差來找到各項(xiàng)三維點(diǎn)的坐標(biāo)，繼而提升視覺測(cè)量技術(shù)的測(cè)量水準(zhǔn)。

3.4項(xiàng)目運(yùn)用過程

在使用該項(xiàng)目前，技術(shù)人員應(yīng)確認(rèn)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組視覺檢測(cè)體系的構(gòu)成，在該系統(tǒng)中其主要帶有光源背景、被測(cè)鏡板、CCD相機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，透過數(shù)據(jù)、圖像的采集與處理來完成對(duì)應(yīng)的視覺檢測(cè)工作。

一般來講，在應(yīng)用視覺測(cè)量技術(shù)時(shí)工作人員應(yīng)科學(xué)打開光源，利用相機(jī)來開展環(huán)繞拍攝工作，利用相應(yīng)算法在完成圖像照片的處理后獲得與鏡板形貌有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，該系統(tǒng)的內(nèi)部系統(tǒng)含有測(cè)量編碼點(diǎn)、XXD攝像機(jī)與光源，并在互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中完成軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其在處理鏡板圖像的過程中要嚴(yán)格遵照該體系內(nèi)部的實(shí)際要求，以獲取鏡板尺寸類的數(shù)據(jù)。同時(shí)，在測(cè)量可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌期間，除了要測(cè)量該鏡板的外形三維尺寸外，還要科學(xué)分析鏡板內(nèi)部的平面度、測(cè)量裝配圓柱中的圓柱度、研究鏡板平面與裝配圓柱軸線的垂直度等，在完成相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量后，要依照攝影測(cè)量軟件中的各類步驟合理處理對(duì)應(yīng)性照片，該軟件可依照該照片的特征點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)掃描，通過對(duì)其同名點(diǎn)的匹配來掌握其具體數(shù)值，以此來掌握該三維坐標(biāo)中的所有測(cè)量點(diǎn)。

具體來說，根據(jù)視覺測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，技術(shù)人員有效掌握了鏡板平面的測(cè)量數(shù)據(jù)，如表1所示。

透過表1中的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可切實(shí)掌握鏡板平面內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)，依照算法中三維坐標(biāo)的各項(xiàng)標(biāo)志點(diǎn)，認(rèn)真研究水輪發(fā)電機(jī)組的鏡板測(cè)量項(xiàng)目，如鏡板平面與裝配圓柱軸線的垂直度、鏡板間的平面度與裝配圓柱間的圓柱度等。試驗(yàn)人員還要全面擬合三維坐標(biāo)中的測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)，由于每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量值都與預(yù)設(shè)不同，要合理測(cè)算出其各項(xiàng)偏差值，繼而評(píng)價(jià)出該鏡板平面的整體質(zhì)量，增強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在三維坐標(biāo)中圓柱的擬合狀態(tài)，如圖1所示。

四、總結(jié)

綜上所述，為改進(jìn)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌，技術(shù)人員可采用視覺測(cè)量技術(shù)，利用該技術(shù)全面收集其各類坐標(biāo)值，在使用該技術(shù)的過程中，通過相關(guān)算法與捆綁調(diào)整法，可有效對(duì)比出其測(cè)量精度，在掌握了該項(xiàng)算法的核心技術(shù)后，給大尺寸零件的測(cè)量提供了便宜的條件。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

[1]李鵬陽，楊文輝，曹利平，等.圓盤類零件幾何量機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)研究[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，40（06）：598-604.

[2]胡莊穩(wěn)，陸華才，高文根.機(jī)器視覺側(cè)圍涂膠檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，34（05）：47-52.

[3]何越磊，余佳磊，陳猛，等.基于機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)的地鐵站臺(tái)限界檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].城市軌道交通研究，2019，22（08）：63-66.