文献综述（或调研报告）：
- 三维变形测量的方法
针对材料力学实验中的三维变形测量， 已有文献提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。该系统涉及的双目摄像机标定， 图像相关算法， 三维重建， 以及三维位移、应变计算等关键技术。 已有一种基于摄影测量术的摄像机标定算法， 该算法采用 10 参数镜头畸变模型， 不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。与传统的测量方法相比， 这种系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。
另一种是采用手持三维激光扫描仪，获得PS CFRP加固前后i型截面试件的三维几何缺陷(以点云的形式)。开发了一个计算机程序，将三维激光扫描得到的点云转换成数字几何模型，进而获得全局和局部的几何缺陷。
通过摄像机的树木立体视觉标定，和利用激光扫描对构件表面观测点的扫描，可以获得相应的点云坐标，再通过软件程序对坐标进行统一整理分析，来得到构件变形的基本模型。
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基本概念
- 双目立体视觉原理
双目立体视觉的基本原理与人类双目视觉的立体感知过程类似，即从2个视点观察同一物体得到不同视角下的感知图像, 通过计算分析不同图像中同一像点的视差来获取物体表面的三维形状信息。双目立体视觉模型, Ow-XwYwZw为物方世界坐标系, O1-X1Y1Z1为左摄像机坐标系, O2-X2Y2Z2为右摄像机坐标系, O- X Y为像平面坐标系。物方点P(Xw ,Yw , Zw )在左右摄像机中对应的像点分别为 P1(x1 , y1 , z1), P2(x2 , y2 , z2), 直线 O1 P1和直线O2P2 相交于P点。如果已知P1和P2的图像坐标和摄像机的内、外参数(内参数包括摄像机的焦距, 主点坐标以及各种畸变参数, 外参数是指左右两个摄像机坐标系之间的旋转矩阵 R和平移矩阵 T),就可以利用三角测量原理求得P点在物方世界坐标系下的三维坐标。
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- 三维激光扫描
三维激光扫描作为一种新兴的非接触式光学测量方法，已经得到了广泛的应用。目前，各种扫描设备已经开发出来，一般可以分为:地面类型，手臂类型，手持类型。本作品采用手持式，具有使用方便、适用性广、精度高等特点。手持式扫描仪的主要部件包括激光发射器和双电荷耦合器件(CCD)摄像机，它们具有高分辨率和高频率。在扫描过程中，将特殊的反光标记点均匀地喷洒在表面上，其空间坐标由双CCD相机的立体视觉来确定。同时，一个激光阵列被投射到一个物体的表面来创建一个光的轮廓，然后，双CCD摄像机被用来捕获一个光轮廓的摄影记录。光剖面上各点的坐标是通过计算它们与标记点的相对位置来确定的。这种系统在一个位置记录一系列的点。通过将多个位置记录的点组合起来，可以得到物体的整个形状;所有记录的点通常被称为点云。标本的点云往往耗费较大的存储空间，而且是高度无序的。因此，点云不能推断出易读的信息，必须建立数据挖掘和处理方法来确定钢型材的全场初始几何缺陷。另外，在扫描过程中可能会出现误差，主要来自点云定位误差和标记点定位误差。手持式三维激光扫描仪的定位精度为0.03 mm，累积误差为0.08 mm/m，满足了本研究中最长2 m试样的测量要求。
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- 数字图像相关模型
数字图像相关方法是匹配两幅图像上对应点的方法。其中一幅作为参考图像，另外一幅作为待匹配图像，在参考图像中，取以待匹配点(x , y)为中心的(2M 1)times;(2M 1)大小的矩形子图像，在待匹配图像中，通过一定的搜索方法，并按照某一相关函数进行相关计算，寻找与选定的子图像相关系数最大的以(x′, y′)为中心的子图像，则点(x′, y′)即为点(x , y)在待匹配图像 中的对应点。在进行相关匹配时，左右图像需按照某一映射函数进行计算，还要考虑由于光照引起的灰度差异。
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- 三维重建
三维重建涉及的是变形过程中的多个状态每个状态包含左右 2幅图像。,整个相关匹配过程中, 所有状态的左图像都以未变形状态的左图像为参考图像进行相关匹配, 所有状态的右图像都以该状态的左图像为参考图像进行相关匹配。匹配完毕后, 对于任意一个状态的左右两幅图像,利用标定得到的摄像机内、外参数, 按照三角测量原理就可以重建对应的三维点坐标。
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- 激光成像雷达技术原理
激光成像雷达技术是一种主动式传感器技术。与微波雷达相比，由于激光比微波波长要短，激光成像雷达具有更高的分辨率; 与普通光学成像技术相比，激光成像雷达可以提供距离数据，因而可以获取目标的三维图像。直接探测体制的扫描激光成像雷达主要是由激光发射/接收系统、发射/接收光学系统、图像处理单元、信号探测系统、扫描系统、控制系统等
组成。在控制系统控制下，激光雷达完成探测区域地毯式逐点探测，经数据和图像处理完成整帧图像。激光扫描成像雷达的每个激光发射脉冲对应一个目标距离，对探测区域的测量通过多次发射测量完成，按一定时间、空间顺序逐点拼接后获得整幅图像。激光图像又称为强度图像，是建立在单点、主动探测基础上的直接探测成像系统，激光的三维图像不仅有利于仔细观察目标的空间构成细节，还可以采用多种处理方式从各个方向、不同距离上对目标图像进行匹配和逼近，较之一般的光学二维成像有其特定优势，是一种有效的目标观测技术。
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