魚(yú)類(lèi)三維運(yùn)動(dòng)精密測(cè)量方法研究.pdf

1、魚(yú)類(lèi)的仿生力學(xué)研究正引起國(guó)內(nèi)外許多研究者的關(guān)注，在國(guó)內(nèi)尚屬于起步階段?，F(xiàn)有的魚(yú)類(lèi)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究大多局限于二維觀測(cè)和分析，只能大體獲取魚(yú)體形貌，不能完全反映真實(shí)的魚(yú)的三維動(dòng)態(tài)過(guò)程。作為三維分析的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)觀察、測(cè)量和分析是必要的研究手段。本文綜述了魚(yú)類(lèi)測(cè)試技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對(duì)光學(xué)三維形貌測(cè)量、位相檢測(cè)及展開(kāi)、數(shù)字圖像相關(guān)等課題做了大量的文獻(xiàn)調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上對(duì)活體魚(yú)類(lèi)的測(cè)試技術(shù)和分析方法等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究和改進(jìn)，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

2、>　　 提出將柵線投影法用于自主游動(dòng)的魚(yú)類(lèi)三維形貌測(cè)量的測(cè)量方案將一組正弦光柵投影到魚(yú)體表面，由高速攝像機(jī)記錄魚(yú)體表面的變形條紋分布，通過(guò)傅立葉變換或小波變換解調(diào)位相信息，獲得基于時(shí)間序列的三維包裹位相：提出了基于動(dòng)態(tài)移動(dòng)過(guò)程的三維位相展開(kāi)方法，最終形成了系統(tǒng)的魚(yú)類(lèi)動(dòng)態(tài)過(guò)程三維形貌測(cè)量的理論體系和實(shí)用系統(tǒng)。文中用此方法再現(xiàn)了鯉魚(yú)的三維形貌，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)方案的可行性。
　　 建立了基于單攝像機(jī)的鯉魚(yú)整體式三維形貌測(cè)量系統(tǒng)為了獲取魚(yú)

3、體全方位形貌信息，設(shè)計(jì)了基于單攝像機(jī)的雙視角測(cè)量光路，將魚(yú)體兩側(cè)的變形條紋成像在一個(gè)高速攝像機(jī)的靶面上。由高速攝像機(jī)記錄魚(yú)體兩側(cè)的變形光柵后，分別獲取魚(yú)體單側(cè)三維形貌，并由此重構(gòu)魚(yú)體的整體式三維形貌。文中運(yùn)用這套測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了鯉魚(yú)的整體式三維形貌。
　　 提出了研究鯉魚(yú)尾鰭的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的測(cè)量和分析方法選擇具有正形尾鰭的鯉魚(yú)作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，運(yùn)用柵線投影法測(cè)量了尾鰭連續(xù)運(yùn)動(dòng)的空間三維形態(tài)，并在此基礎(chǔ)上分析研究了尾鰭的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，獲

4、取了尾鰭三維空間位置變化、擺動(dòng)方式、擺動(dòng)頻率、特征點(diǎn)軌跡及特征點(diǎn)位相等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，從而為進(jìn)一步研究尾鰭的作用，尾鰭擺動(dòng)方式和擺動(dòng)頻率與魚(yú)的游速間關(guān)系，尾鰭與其周?chē)鲌?chǎng)間關(guān)系等打下基礎(chǔ)。
　　 建立了魚(yú)類(lèi)機(jī)動(dòng)過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)特征參數(shù)的自動(dòng)分析系統(tǒng)將高速攝像技術(shù)與數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了鯉魚(yú)機(jī)動(dòng)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)特性的測(cè)量和分析。文中提出了圓形窗口與分步數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字圖像相關(guān)方法以解決鯉魚(yú)機(jī)動(dòng)過(guò)程中魚(yú)體的大轉(zhuǎn)角和大變形問(wèn)題，實(shí)