机电学院本科毕业设计开题报告

时间：2020-09-26 17:11:36 开题报告我要投稿

机电学院本科毕业设计开题报告

　　开题报告是开题者在确认论文主题之后，对论文初步确定内容的撰写，下面是小编搜集整理的机电学院本科毕业设计开题报告，欢迎阅读参考。

机电学院本科毕业设计开题报告

　　报告题目：三维激光隧道扫描移动平台数据采集系统

　　一、综述

　　随着我国经济持续高速增长，综合国力不断增强，高新技术不断发展，也带来了我国道路隧道建设规模和修筑技术快速发展的黄金时期。近二十多年来，我国道路隧道的修筑长度不断被刷新，施工技术难度、技术含量不断加大，大断面、多孔连拱隧道不断出现，高海拔、高寒冰冻地区的隧道也开始投入建设，我国道路隧道建设乃至整个公路建设的相关科技攻关空前发展。然而我国道路隧道工程建设的起步较晚，设计、施工、监理和检测工艺等方面还不成熟、不完善。由于隧道属于重大永久性建筑物，对其限界和状态进行定期检查，并根据其劣化程度予以维护和保养，是确保安全运营的一个重要环节。由于设计、施工、材料及地质因素等各方面的原因，无论是国内还是国外，多数隧道都存在不同程度的病害。根据国内外道路隧道的相关资料，隧道常见的质量问题主要有以下几点：衬砌漏水，衬砌裂纹，衬砌腐蚀等，此外还有衬砌压溃及剥落、衬砌变形及位移、隧道运营通风不畅及照明不良等问题。隧道工程质量的形成是随着建设进度的推进而形成的，目前隧道常见质量问题产生的主要原因归纳如下：隧道工程施工工艺复杂，工序多，工程管理控制难度大，最容易产生质量问题;隧道建筑材料的质量问题;隧道监控包括施工期间的监控量测和运营期间的监控措施较为落后;地质灾害和其他原因对隧道质量的影响。目前运营单位多采用传统的巡道工目视检测的方法，不仅费时费力，检测效果过于依赖巡道工的个人经验，不同人员的检测结果可能大相径庭;国内也有根据隧道衬砌与围岩以及隧道病害之间存在较大的介电差异，采用探地雷达对隧道质量进行检测，这种检测方法容易受到外界的随机噪音、地面和地上物体的反射干扰信号以及仪器本身的噪音的影响，另外雷达图像不是很直观，无法做定量分析;此外还有采用振动扫描的方法对隧道质量进行检测，也存在不直观，检测精度低的问题。且在传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果(如CAD出图)，在现在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的。

　　在逐步数字化的今天，采用数字视频全息技术，可以较好的对隧道各种灾害情况进行测量，记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息，对所拍摄的全息图进行数字处理，在计算机上能完全还原隧道的三维立体图，以三维代替二维，因为其直观是二维无法表示的，现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的`信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。同时利用全息技术实现真实的三维图像的记录和再现。和其他三维“图像”不一样的是，全息图提供了“视差”。视差的存在使得观察者可以通过前后、左右和上下移动来观察图像的不同形象——好像有个真实的物体在那里一样。采用这种高效、集成、小型化、数字化的检测设备可生成标准的数字化影像档案，现场快速采集数据之后，工程师在办公室便可进行病害检测，不仅可直接在数字图像上标定病害，还可存入数据库进行信息化管理和状态评估。

　　数字全息是传统的光全息术和数字技术相结合的产物。由美国科学家顾德门 (J.w.Goodman)在1967年首次提出。数字全息用光电传感器件如CCD或CMOS摄像机代替传统全息中的银盐干板来记录全息图，全息图以数字图像的形式被输入计算机，用计算机模拟光学衍射过程来实现被一记录物体的全息再现。近年来，随着计算机技术和数码摄像器件的飞速发展，数字全息技术及其应用受到越来越多的关注，其应用范围已涉及形貌测量、变形测量、粒子场测试、三维显微、图像加密、三维图像识别等许多领域。

　　1947年英国物理学家丹尼斯?伽博(Dennis Gabor)在研究如何提高电子显微镜的分辨率的过程中发明了全息术。由于当时没有理想的相干光源，而且全息再现像的质量受到孪生像的严重干扰，在上世纪50年代中期，全息术的研究没有什么进展，几乎处于停滞状态。1960年世界第一台激光器出现，为全息术提供了高相干性、高亮度的光源。 1962年美国科学家利思 (Leith)和乌帕特尼克斯发明了离轴全息术。离轴全息使用倾斜的参考光波将信号光(物光)加载到一个载频(离轴参考光)上，使全息再现的物光和它的共扼在空间频率(方向)上分开，从而彻底消除了孪生像问题。激光器的出现和离轴全息的一提出使全息术又成为了研究热点，全息技术从此迈进了一个飞速发展的阶段。1962年前苏联Denisyuk将Lippman彩色照像法与全息术相结合，发明了反射式全息图，并首次提出了体积全息和白光再现的思想。1969年美国人Benion提出了彩虹全息术，这类全息图衍射效率高，制作过程简单，故发展很快。1977年cross制成了复合全息图，和彩虹全息图一样，都可以在白光下观察再现象。这种激光记录百光再现的全息技术被称为第三代全息，己广泛用于全息防伪。1998年u.schnars和w.JuPtuer使用CCD记录了漫反射物体的菲涅耳离轴数全息图，并提出了一种数字再现快速算法—菲涅耳变换法。它利用一次快速傅里叶变换 (FFT)来实现菲涅耳衍射的计算，是目前数字再现最常用的快速算法之一。2005年， ThomasM发表了他用频率分析法对数字全息点扩散函数的研究结果，他认为当使用菲涅耳变换法再现全息图的时候，点扩散函数是中心处于像点位置的CCD孔径的夫琅禾费衍射图案，当使用卷积法再现全息图的时候，点扩散函数基本上是sinc函数的形式，其宽度取决于传递函数。他指出卷积法对全息图的频谱有截断，记录距离越大，截断越多。这种截断会造成再现像分辨率的降低。为提高分辨率，提出了自由空间传播的级联算法。ThomasM.Kreis还分析了CCD填充因子和直透光对点扩散函数的影响。在我国，2008年，国承山、张莉等人提出 ThomasM.Kreis的频率分析法对CCD的记录过程建立的数学模型不准确，提出了自己的数学模型，以此模型为基础推导出了菲涅耳变换算法的点扩散函数，并讨论了CCD填充因子对点扩散函数的影响。

　　OpenCv的全称是：Open Source Computer Vision Library.OpenCv于1999年由Intel建立，现在由Willow Garage提供支持。OpenCV是一个基于BSD许可证授权(开源)发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效——由一系列 C 函数和少量 C++ 类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。OpenCv致力于真实世界的实时应用，通过优化的C代码的编写对其执行速度带来了可观的提升，并且可以通过购买Intel的IPP高性能多媒体函数库(Integrated Performance Primitives)得到更快的处理速度。OpenCv提供的视觉处理算法非常丰富，并且它部分以C语言编写，加上其开源的特性，处理得当，不需要添加新的外部支持也可以完整的编译链接生成执行程序，所以很多人用它来做算法的移植，OpenCv的代码经过适当改写可以正常的运行在DSP系统和单片机系统中，目前这种移植在大学中经常作为相关专业本科生毕业设计或者研究生课题的选题。在OpenCv界面中打开视频后，我们需要利用visual c++进行编程。visual c++整合了便利的除错工具，特别是整合了微软视窗程式设计、三维动画DirectX API，Microsoft .NET框架。目前最新的版本是Microsoft Visual C++ 2010。利用visual c++编程，在OpenCv界面中对隧道进行动态跟踪，这就是毕业设计的主要内容。

　　二、研究内容

　　综合运用所学的基础理论和专业知识，独立查阅有关参考资料，在对全息成像技术和计算机技术进行分析的基础之上，利用分析软件通过分析发射和接收到激光信号，获得隧道衬砌的内表面影像图以及隧道衬砌表面各点距轨道中心线的距离，对获得的断面数据进行处理可以形成数字化的灰度图，同时熟悉计算机视觉和三维图形绘制的基础知识，掌握三维激光隧道扫描移动平台激光扫描技术的基本原理，熟悉信号处理的基础知识，完成信号采集系统的设计，建立采集数据库，对采集信号进行信号处理及滤波处理。

　　三、研究进度

　　开题 (第3周)

　　外文科技资料翻译 (第4周)

　　初步熟悉VisualC++软件操作 (第5周)

　　熟悉VisualC++的程序设计及图形方面操作 (第6周)

　　熟悉OpenCv操作 (第7周)

　　建立数据库，完成数据采集 (第8周)

　　OpenCv软件建模 (第9周)

　　建立采集分析软件 (第10周)

　　OpenCv软件计算结果 (第11周)

　　分析结果准备制图 (第12周)

　　绘制工作图 (第13周)