劉建偉，侯軍興，趙大旭，蔣志強

(1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南鄭州450015;2.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安 311300)

0 前言

航空航天裝備、飛行器及零部件由于工況復(fù)雜常常伴隨有變形現(xiàn)象。測量其變形具有兩方面的意義［1］:一方面可以了解航空材料的變形機制，驗證已有假說和理論，通過實測建立理論或經(jīng)驗公式，掌握航空材料或航空結(jié)構(gòu)件的變形規(guī)律;另一方面可以檢驗飛行器設(shè)計參數(shù)的正確性，評估航空結(jié)構(gòu)件的運營能力與壽命，監(jiān)控被測航空對象的安全狀況等。當(dāng)前航空航天和國防工業(yè)眾多關(guān)鍵領(lǐng)域都存在三維動態(tài)變形測量需求，如:

(1)航空材料塑性成形中的全場位移與應(yīng)變測量;

(2)航空輕質(zhì)板料焊接變形測量;

(3)航空部件震動過程的測定;

(4)全尺寸飛機結(jié)構(gòu)的靜力變形、結(jié)構(gòu)強度分析;

(5)飛行器風(fēng)洞試驗動態(tài)變形測量;

(6)飛機巡航狀態(tài)下左右機翼對稱性的動態(tài)檢測;

(7)大型飛行器結(jié)構(gòu)件裝配變形、熱力變形、承載變形測量。

航空裝備的動態(tài)變形是指目標表面各點變形方向多變，變形速度較快，目標形態(tài)持續(xù)變化，中間狀態(tài)不能保持的變形過程。動態(tài)變形為瞬時特性，對測量效率要求較高，大多數(shù)面向三維形貌測量的設(shè)備和手段無法適用于三維動態(tài)變形測量，當(dāng)目標為大尺寸大變形物體時，常規(guī)變形測量手段往往失效。因而對航空裝備類大尺寸物體三維變形過程實現(xiàn)自動、連續(xù)、動態(tài)地測量一直是一項富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

目前沒有一種通用測量手段可以勝任所有測量任務(wù)。傳統(tǒng)變形測量傳感器中能夠應(yīng)用于航空裝備動態(tài)變形測量的有應(yīng)變式傳感器，位移傳感器，加速度傳感器。這類傳感器都屬于接觸式，會對變形過程產(chǎn)生一定的影響;測點有限，無法反映變形場域信息;量程有限且存在零飄等可靠性問題。由于傳統(tǒng)變形測量傳感器的局限性，近年來有學(xué)者將自動跟蹤全站儀、激光跟蹤儀、GPS、數(shù)字圖像相關(guān)方法、數(shù)字視頻測量技術(shù)等應(yīng)用于三維動態(tài)變形測量。自動跟蹤全站儀、激光跟蹤儀和GPS方法在自動跟蹤模式下只能選擇一個測點作為合作目標進行跟蹤，無法在瞬間完成多目標同步測量;需要在航空裝備上安裝合作目標，對變形體附加了額外載荷;當(dāng)測點振動頻率較高或變形較大時容易跟蹤丟失。為了解決航空裝備復(fù)雜動態(tài)變形的測量難題，本文作者分析和比較了現(xiàn)有動態(tài)變形測量手段，對其優(yōu)缺點和適用性做出評估，希望為下一步的航空裝備三維動態(tài)變形測量系統(tǒng)研究提供參考。

1 傳統(tǒng)動態(tài)變形測量手段及其局限性

接觸式傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息并將檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。其中，動態(tài)變形測量中常用的傳感器有:應(yīng)變式傳感器、位移傳感器和加速度傳感器等，如圖1所示。

圖1 各種類型變形傳感器圖片

1.1 應(yīng)變式傳感器

應(yīng)變式傳感器 (Strain Gauges)是基于測量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的一種傳感器，可以直接測定航空裝備表面測點在外力作用下的應(yīng)變值，利用變形幾何方程積分即可求得測點的位移值。圖1(a)所示電阻應(yīng)變片是最常采用的變形應(yīng)變傳感元件，用電阻應(yīng)變計測量結(jié)構(gòu)的表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變－應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種試驗應(yīng)力分析方法［2］。在測量時，將應(yīng)變片用黏合劑牢固地粘貼在被測目標表面上，隨著目標受力變形，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發(fā)生變化，而此電阻變化是與目標應(yīng)變成比例的，通過一定測量線路將這種電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化，然后用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來，就能知道被測點應(yīng)變量的大小。

應(yīng)變片測量被測物體的應(yīng)力應(yīng)變量，其優(yōu)點為:精度和靈敏度高、尺寸小、技術(shù)也比較成熟，采用其進行應(yīng)力應(yīng)變測量是對工程結(jié)構(gòu)件設(shè)計、制造、裝配的可靠性和安全性進行測試、分析和評價的常用手段，廣泛應(yīng)用在航空、機械、車輛、土木等工程領(lǐng)域。但應(yīng)變片的測量原理也決定了它的技術(shù)缺點，屬于接觸式測量;測量結(jié)果為單點一維測量，應(yīng)用于航空裝備測量時無法反映整體三維變形場域信息;測量結(jié)果為應(yīng)變故需進行一次積分才可求得位移，與加速度儀一樣積分時容易產(chǎn)生零點漂移誤差，因此精度不高;屬于電測法，一個應(yīng)變片需要兩根導(dǎo)線構(gòu)成測量回路，并且需要采取特殊的措施增強系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。

1.2 位移傳感器

位 移 傳 感 器［3］(Linear Variable Displacement Transducers，LVDT's)又稱為線性傳感器，是一種接觸式測量方法，它將設(shè)備的一端安裝在被測物體上，另一端安裝在被測物體外固定點上，如圖1(b)所示。常用的位移傳感器主要有:電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電渦流傳感器、磁致伸縮直線位移傳感器、反射式光纖位移傳感器、激光干涉型位移傳感器、光電 (CCD)位移傳感器和數(shù)字式位移傳感器。位移傳感器常用于航空材料等結(jié)構(gòu)物模型測量，其主要缺點是:只能測量局部的相對變形，難以實現(xiàn)對航空裝備等大型結(jié)構(gòu)物的整體變形測量;屬于接觸式測量，容易對測量對象的變形過程造成干擾;屬電測法，每個傳感器都需要引出導(dǎo)線。

1.3 加速度傳感器

圖1(c)所示為幾種常用的加速度傳感器［4］(Accelerometers)，幾乎所有加速度傳感器都是利用加速度場中的懸臂梁或質(zhì)量塊的位移來產(chǎn)生一定的電信號或非電信號輸出，可測定結(jié)構(gòu)在外界荷載下移動時的加速度，通過對加速度進行二次積分求其位移。按照信號轉(zhuǎn)換原理，可以將加速度計分為壓電式、壓阻式、電容式等。以電容式為例，其工作原理為當(dāng)存在加速度時，由于質(zhì)量塊將產(chǎn)生慣性力使得電容的可動極板位置發(fā)生改變，從而引起質(zhì)量塊兩邊的電容發(fā)生改變，電容的變化帶來輸出電壓的改變，并與外加的加速度成正比關(guān)系，實現(xiàn)加速度的測量。加速度傳感器的主要缺點有:位移測量精度不高，主要是由于其位移是通過對加速度進行二次積分求得，初始位移和初始速度較難確定，這樣積分時容易產(chǎn)生零點漂移誤差;加速度傳感器不能測定緩慢的近似靜態(tài)位移，如大型飛機機翼的緩慢擺動;需要選擇合適的濾波器來剔除異常信號，難以進行實時位移監(jiān)測。

綜上所述，采用接觸式傳感器測量航空裝備的動態(tài)變形具有以下局限:(1)傳感器與航空裝備表面接觸，對裝備表面的物理性能及變形過程會產(chǎn)生一定的影響，安裝起來也比較麻煩;(2)傳感器的量程有限，只能測量小范圍的位移量;(3)測點有限，通常只能在航空裝備表面某些關(guān)鍵點布設(shè)，單個傳感器僅能獲得被測一點的應(yīng)變位移，無法反映航空裝備表面的整體變形場、位移場、速度場等信息。(4)存在可靠性問題，傳感器大多都屬于電測量法，由于元器件存在零飄且易受周邊環(huán)境干擾，如不能及時根據(jù)實測環(huán)境進行校正，會造成測量成果的不可信。

1.4 自動跟蹤全站儀和激光跟蹤儀

自動跟蹤全站儀和激光跟蹤儀 (Total Stations/Laser Trackers)如圖2所示。

圖2 自動跟蹤全站儀和激光跟蹤儀

全站儀和激光跟蹤儀是利用空間幾何原理，通過光學(xué)或電子儀器測量角度和距離來獲取三維坐標的方法［5］，其測量原理見圖2(a)。自動跟蹤全站儀是指具有自動跟蹤和測量功能的全站儀，這種全站儀能自動尋找并照準目標，圖2(b)所示為拓普康公司的MS05A型自動跟蹤全站儀。該方法是把全站儀架設(shè)在一個已知固定點上，在測量對象上安裝合作目標反射棱鏡，通過發(fā)射的激光束自動掃描跟蹤，自動照準監(jiān)測點的反射棱鏡，并利用極坐標法自動測量出監(jiān)測點的三維坐標，精度可達毫米級。激光跟蹤儀的實質(zhì)是一臺利用激光干涉測距和自動跟蹤測角測距的全站儀，區(qū)別之處在于它沒有望遠鏡，不需要人工對準，圖2(c)所示為API公司出品的Tracker3型激光跟蹤儀。該方法將激光干涉儀架設(shè)在一固定點上，在監(jiān)測點上安置棱鏡或反射膠片，通過激光干涉測量原理直接測量出固定點至監(jiān)測點的精確距離，其測量精度可達微米級。

自動跟蹤全站儀和激光跟蹤儀采用激光測距原理，量程大、精度高、對測量環(huán)境要求低，可用來測量航空航天類大尺寸、大變形目標，并能夠提供絕對變形信息。但這兩種儀器在航空裝備的三維動態(tài)變形測量中的局限性也很明顯:(1)在自動跟蹤模式下只能選擇一個測點進行跟蹤，無法瞬間完成多變形點同步測量問題;(2)需要在航空裝備表面安裝合作目標，前期準備工作量大，并對變形部位附加了額外載荷;(3)當(dāng)測點振動頻率較高或出現(xiàn)遮擋時，容易跟蹤丟失。

1.5 RTK GPS 法

GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。GPS法利用靜態(tài)相對定位原理獲取高精度的基線向量，并以此為觀測量進行平差獲取觀測點的三維坐標，其靜態(tài)測量精度可達亞毫米級，但動態(tài)測量精度較難達到毫米級。

載波相位差分定位技術(shù) (RTK GPS)是一種基于載波相位觀測值的實時動態(tài)相對定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果［6］。由于RTK GPS具有高精度的定位能力，近十年來逐漸成為各種變形測量監(jiān)測極為有效的手段，使測量技術(shù)發(fā)生了重大的變革。作為一種全新的動態(tài)變形測量方法，RTK GPS克服了傳統(tǒng)動態(tài)變形測量方法的眾多缺陷，比較適合用來測量航空航天類大尺寸裝備，但應(yīng)用于三維動態(tài)變形測量則存在如下局限性:(1)在航空裝備的精密測量中，垂直位移精度難以滿足測量要求，從而使其不能真正達到三維測量，難以滿足航空航天領(lǐng)域三維動態(tài)變形測量的需求;(2)GPS測點的數(shù)量有限，每個測點都需要布設(shè)接收機天線，會對航空裝備變形部位本身造成干擾且成本較高;(3)由于接收不到GPS信號，無法實現(xiàn)室內(nèi)或地下作業(yè)。

2 適用于航空裝備三維動態(tài)變形測量的光學(xué)方法

光學(xué)測量利用各種光學(xué)手段實現(xiàn)測量目的，其中占很大比重的是利用光學(xué)圖像進行測量。在眾多光學(xué)測量方法中，目前在三維動態(tài)變形測量領(lǐng)域應(yīng)用較多的數(shù)字圖像相關(guān)法和視頻測量法。這些方法都是以像機拍攝的圖像作為測量的原始數(shù)據(jù)，單個像機拍攝的圖像序列可用于測量二維的面內(nèi)變形;如果要測量三維空間變形，必須要結(jié)合立體視覺技術(shù)，采用多像機從多個視角采集多個圖像序列，每個圖像序列記錄從某一角度捕捉到的目標表面的動態(tài)變形過程。當(dāng)多像機系統(tǒng)用于測量航空裝備表面的三維動態(tài)變形時，攝站位置要在測量期間保持不變，以使得不同時刻得到的目標三維坐標處于同一坐標系下，當(dāng)變形測點為多個相似目標時，還要確定各測點在不同時刻的前后對應(yīng)關(guān)系。

2.1 數(shù)字圖像相關(guān)法

數(shù)字圖像相關(guān)法 (Digital Image Correlation Method，DICM)，也稱數(shù)字散斑相關(guān)法，是一種基于物體表面散斑圖像灰度分析，從而獲得物體運動和變形信息的新型光測方法，是現(xiàn)代數(shù)字圖像處理技術(shù)與光測力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物［7］。

數(shù)字圖像相關(guān)方法對變形前后采集的物體表面的兩幅圖像散斑場進行相關(guān)處理，以實現(xiàn)物體變形場的測量，測量原理見圖3(a)。數(shù)字圖像相關(guān)方法所使用的光源可以是激光也可以是白光，散斑可以是激光形成的，也可以是人工散斑或者自然紋理。數(shù)字圖像相關(guān)方法可以用于固體變形測量，也可以用于流體中粒子的運動測量。傳統(tǒng)的二維數(shù)字散斑相關(guān)方法，只能測量物體表面的面內(nèi)位移;將雙目立體視覺測量技術(shù)和數(shù)字散斑相關(guān)方法相結(jié)合，便可以實現(xiàn)對三維變形的測量，稱為三維數(shù)字散斑相關(guān)法［8］。近期國外已經(jīng)有應(yīng)用三維數(shù)字散斑相關(guān)方法的產(chǎn)品面世，包括德國GOM公司的ARAMIS系統(tǒng)、DANTEC公司的Q400系統(tǒng)、美國Correlated Solutions公司的VIC－3D系統(tǒng)。圖3(b)所示為GOM公司的ARAMIS系統(tǒng)，其在產(chǎn)品化方面做的尤為出色，但技術(shù)保密且價格昂貴;國內(nèi)大多機構(gòu)目前尚處于方法研究和實驗室試驗階段，圖3(c)所示為西安交通大學(xué)自主研發(fā)并實現(xiàn)初步商業(yè)推廣的XJTUDIC三維數(shù)字散斑變形測量分析系統(tǒng)［9］，已在很多關(guān)鍵算法獲得突破甚至領(lǐng)先，但產(chǎn)品化方面的工作還很欠缺，目前多被應(yīng)用在小尺度小變形量測量如材料力學(xué)實驗、相似材料模型實驗等領(lǐng)域［10－11］。

圖3 數(shù)字散斑相關(guān)原理及三維散斑測量系統(tǒng)

數(shù)字圖像相關(guān)方法應(yīng)用于航空裝備的三維動態(tài)變形測量時，原始數(shù)據(jù)為多視像機系統(tǒng)記錄的多視角變形過程視頻圖像，數(shù)據(jù)量大，對其逐幀圖像處理、相關(guān)搜索、三維重建等過程需要繁重的計算工作，因此系統(tǒng)運算能力和相關(guān)匹配精度是其發(fā)展的關(guān)鍵因素，對硬件要求較高，較難實現(xiàn)動態(tài)實時測量;另外，由于航空裝備普遍尺寸較大，測量時很難保證捕捉的多視圖像光照均勻一致，從而影響相關(guān)搜索的成功率;航空裝備表面的高速振動或大幅變形也會對時間軸的相關(guān)計算造成影響，使部分變形區(qū)域測量不連續(xù)、不完整。

2.2 視頻測量法

視頻測量 (Videogrammetry)是近十幾年來國際上迅速發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，國外有學(xué)者將其稱為動態(tài)攝影測量，國內(nèi)有學(xué)者將其稱為攝像測量、視覺測量［12］。視頻測量技術(shù)是近景攝影測量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近景攝影測量是通過在不同的位置和方向獲取同一物體的2幅以上的數(shù)字圖像，經(jīng)計算機圖像匹配處理等相關(guān)數(shù)學(xué)計算后得到待測點的精確三維坐標，如果將攝影測量的處理對象換成被測目標運動或變形的時間序列圖像，則這種技術(shù)被稱為視頻測量技術(shù)。視頻測量適用于測量目標的形狀、大小、運動狀態(tài) (包括位置、速度、加速度、運動軌跡等)、位移、變形等信息，作為一種非接觸式全場三維測量方法，能夠同時測量和跟蹤多個目標［13］。圖4示意性地說明了視頻測量方法的工作原理。

圖4 視頻測量原理

2個高速相機用來記錄物體變形或運動過程的視頻圖像序列。在時刻i運動物體表面上的某一點Mi(X，Y，Z)同步在左右兩個相機上成像，其中在左相機圖像中為像點mi，在右相機圖像中為像點m'i，通過圖像處理得到兩個像點的二維圖像坐標，利用空間三角交會可以重建出空間點Mi的三維坐標。經(jīng)過一個相機采樣時間間隔即在時刻i+1，空間點Mi隨物體運動至Mi+1處，它在左右兩相機上分別成像為像點mi+1和m'i+1，同樣經(jīng)過圖像處理和空間三角交會可重建出運動后空間點Mi+1的三維坐標。物體上表面上點Mi在此時間間隔內(nèi)發(fā)生的位移矢量可以表示為Δ=Mi+1－Mi。如果在物體表面布置足夠多的點，并且以足夠高的采樣頻率來記錄物體運動過程圖像序列，則可以通過三維重建得到每一個時刻物體表面的關(guān)鍵點模型及其隨時間變化的歷史。以此為基礎(chǔ)，可以很方便地計算物體表面局部或整體的位移、速度、加速度、運動軌跡、變形場、應(yīng)變場等數(shù)據(jù)。

在航空裝備動態(tài)變形測量領(lǐng)域，由于測量環(huán)境復(fù)雜、干擾多、變形速度快、精度和效率的要求普遍較高，因而相對于緩慢變形測量其實現(xiàn)的難度更大［14－18］。美國航空航天局 (NASA)蘭利中心在飛機風(fēng)洞模型變形實驗中采用了視頻測量技術(shù)，作了大量試驗性工作［19－26］，如圖5所示，他們在機身上粘貼人工標志點，利用立體布置的像機跟蹤和測量這些標志點，根據(jù)標志點的空間位置隨時間變化的關(guān)系來分析模型在動態(tài)負載下的變形情況。法國國家航宇研究局 (ONERA)在風(fēng)洞測量方面也作了深入的研究，對飛機模型進行了風(fēng)洞變形測量，應(yīng)用立體視覺原理，用圓型的人工標志作為測量目標來跟蹤機翼在壓力下的變形情況，并開發(fā)出了專用風(fēng)洞模型三維動態(tài)變形測量軟件OD2M。他們還將視頻動態(tài)變形測量技術(shù)與壓力敏感涂料 (PSP)成像技術(shù)相結(jié)合，幫助科學(xué)家更好地了解飛機的空氣動力學(xué)特性［27］。Papanyan(2008)用攝影測量方法對國際空間站中丟棄物的運動軌跡和運動速度進行了測量。兩臺相機分別安裝在空間站上不同位置，在丟棄物行進的不同時刻拍攝立體相對序列，下傳到地面上的攝影測量工作站進行計算，得到目標不同時刻的空間位置和速度矢量?？臻g站上不同位置選擇多個已知坐標的點作為參考點，完成兩臺相機的定向。近似實時的測量結(jié)果可以幫助計算丟棄物的逼近軌道，避免和國際空間站發(fā)生碰撞［28］。由于視頻測量方法測量精度和效率較高;可同步測量廣泛分布的大批測點從而獲取某時刻變形場域信息;不與被測對象接觸因而不會影響其變形過程;測量前也不需在被測量對象上進行設(shè)備的安裝，不會對生產(chǎn)過程產(chǎn)生干擾。相比其他動態(tài)測量方法，視頻測量方法對大型航空航天設(shè)備及零部件在復(fù)雜工況條件下三維動態(tài)變形最為適用，在部分情況下甚至是唯一可行的方法。

圖5 美國NASA的飛機模型動態(tài)變形視頻測量實驗

3 航空裝備應(yīng)用視頻測量的現(xiàn)存問題及研究方向

從視頻測量技術(shù)目前的研究現(xiàn)狀來看，圖像校正問題已經(jīng)解決;攝像系統(tǒng)內(nèi)外參數(shù)標定已基本解決;三維建模問題正在被解決;與三維測量相關(guān)的成像幾何關(guān)系問題已經(jīng)得到了較成熟的發(fā)展;對圖像目標的識別、提取和匹配問題逐漸成為基于視覺變形測量技術(shù)所研究的重點。通過對航空裝備領(lǐng)域三維動態(tài)變形測量需求的分析可以看出，利用視頻測量技術(shù)對航空裝備類大型目標實現(xiàn)高速度、全視角、高精度和全場測量是研究的難點和發(fā)展趨勢，歸納起來主要有以下幾個關(guān)鍵問題有待解決:

(1)海量視頻圖像的快速自動處理

在圖像特征識別算法方面，需要對復(fù)雜工況下環(huán)境因素 (如震動、氣流、風(fēng)速、溫度等)對光學(xué)成像的影響特性進行分析，以便校正這些影響對圖像識別的干擾，提高圖像識別的精度。由于視頻數(shù)據(jù)為連續(xù)海量圖像序列，經(jīng)典的二維圖像處理算法的效率無法滿足準實時動態(tài)測量的要求，需要研究在不降低識別精度前提下，更加高效的、自動化的圖像處理算法。

(2)多視像機系統(tǒng)的全局標定和人工標志的對應(yīng)問題

為獲取航空裝備負載變形和受熱變形時的場域信息和過程數(shù)據(jù)，需要布設(shè)多視相機系統(tǒng)，系統(tǒng)的全局標定會變得困難:由于這些圖像傳感器視角各異，往往無法借助同一標定參考物對所有相機進行全局定位;而借助于經(jīng)緯儀等測量儀器來定位各個圖像傳感器過程繁瑣且精度難以控制。另外，視頻測量通過在被測對象上粘貼數(shù)目眾多的合作目標，能瞬時獲取被測物體大量幾何信息，同步測量眾多變形點的位移，從而獲得整個變形場分布數(shù)據(jù)。由于合作目標多為相似目標，所以這些人工特征點在圖像域和時間域的對應(yīng)問題成為視頻測量系統(tǒng)的難點問題。

(3)航空裝備高速行為的實時測量

隨著計算機硬件、圖像處理分析算法和人工智能的發(fā)展，使得許多視頻測量任務(wù)能夠?qū)崟r或準實時完成，同時也為視頻測量開辟了廣闊的、新的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，例如實時監(jiān)測、監(jiān)控，各種飛行器運動平臺的導(dǎo)航等。為了記錄航空裝備復(fù)雜工況環(huán)境中的高速行為，目前高速攝像機的采樣頻率可達10000Hz以上，視頻測量在高幀頻下還不能與影像記錄同步，需要改進測量軟件中的關(guān)鍵算法，降低其復(fù)雜度從而提高視頻測量速度，實現(xiàn)高幀頻下的實時或準實時測量。

4 結(jié)論

相對于其他動態(tài)變形測量手段，視頻測量方法動態(tài)范圍寬、精度高、量程可調(diào)，不易受溫度變化、電磁輻射、振動等外界因素的干擾，在航空裝備的機械載荷試驗、熱負載試驗、環(huán)境試驗、破裂試驗等復(fù)雜受力受熱情況下的位移場和變形場測量中有較大的應(yīng)用前景。國際上已經(jīng)出現(xiàn)了不少的成功報道，但多是針對特定領(lǐng)域特定對象所提的實驗性方案，缺乏通用性，測量精度和速度也差次不齊，而且國外的研究成果多與軍事相關(guān)，許多都呈保密狀態(tài)，具體實現(xiàn)技術(shù)細節(jié)在公開文獻中無法查詢。國內(nèi)本領(lǐng)域的研究成果較少，亟需結(jié)合計算機和視覺領(lǐng)域出現(xiàn)的新硬件、新技術(shù)、新方法，對三維動態(tài)變形視頻測量所涉及的各項共性關(guān)鍵技術(shù)進行深入系統(tǒng)地研究，提出適用于我國航空航天裝備動態(tài)行為測量的完整視頻測量解決方案。

［1］周擁軍.基于未檢校CCD相機的三維測量方法及其在結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測中的應(yīng)用［D］.上海:上海交通大學(xué)，2007.

［2］鄭俊，趙紅旺，朵興茂.應(yīng)力應(yīng)變測試方法綜述［J］.汽車科技，2009(1):5－8.

［3］李曉芳，常春波.電容式數(shù)字微位移傳感器的研究［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2007，17(16):171－173.

［4］賈伯年，俞樸，宋愛國.傳感器技術(shù)［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2007.

［5］肖振中.基于工業(yè)攝影和機器視覺的三維形貌與變形測量關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.西安:西安交通大學(xué)，2010.

［6］戴吾蛟.GPS精密動態(tài)變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理理論與方法研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2007.

［7］邱天，郭立，李東暉，等.數(shù)字激光散斑圖像的極值位移測量法［J］.光電工程，2006，33(9):59－62.

［8］陳華.基于數(shù)字散斑相關(guān)方法的視覺變形測量技術(shù)研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

［9］胡浩，梁晉，唐正宗，等.數(shù)字圖像相關(guān)法測量金屬薄板焊接的全場變形 ［J］.光學(xué)精密工程，2012，20(7):1636－1644.

［10］陳思穎，黃晨光，段祝平.數(shù)字散斑相關(guān)法在高速變形測量中的應(yīng)用［J］.中國激光，2004，31(6):735－738.

［11］楊化超，鄧喀中，郭廣禮.相似材料模型變形測量中的數(shù)字近景攝影測量監(jiān)測技術(shù)［J］.煤炭學(xué)報，2006，31(3):292－295.

［12］于起峰，尚洋.攝像測量學(xué)原理與應(yīng)用研究［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

［13］LIU J W，LIANG J，LIANG X H，et al.Videogrammetric System for Dynamic Deformation Measurement During Metal Sheet Welding Processes［J］.Optical Engineering，2010，49:33601.

［14］余永生，畢衛(wèi)濤，梁彬，等.一種典型工程結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動現(xiàn)場測量［J］.實驗流體力學(xué)，2006，20(4):73－76.

［15］JIANG R，JáUREGUI DV，WHITE KR.Close－range Photogrammetry Applications in Bridge Measurement:Literature Review［J］.Measurement，2008，41(8):823－834.

［16］JIANG R，JAUREGUI D.A Novel Network Control Method for Photogrammetric Bridge Measurement［J］.Experimental Techniques，2007，31(3):48－53.

［17］WALLACE ID，LAWSON NJ，HARVEY AR，et al.Highspeed Close－range Photogrammetry for Dynamic Shape Measurement［J］.Applications，and Analysis III，Proc.，2005，5694:110－119.

［18］WALLACE ID，LAWSON NJ，HARVEY AR，et al.Highspeed Photogrammetry System for Measuring the Kinematics of Insect Wings［J］.Applied Optics，2006，45(17):4165－4173.

［19］BURNER A，BUXNER A，LIU T，et al.Uncertainty of Videogrammetric Techniques Used for Aerodynamic Testing［C］.Citeseer，2002.

［20］ BURNER AW，LOKOS WA，BARROWS DA.In－flight Aeroelastic Measurement Technique Development［C］.Citeseer，2003:186.

［21］ GRAVES Sharon S，BURNER Alpheus W，EDWARDS John W，et al.Dynamic Deformation Measurements of an Aeroelastic Semispan Model［J］.19thAIAA Applied Aerodynamics Conference，2001.

［22］GRAVES SS，BURNER AW.Development of an Intelligent Videogrammetric Wind Tunnel Measurement System［C］.19thAIAA Applied Aerodynamics Conference，2001:120－131.

［23］ RUYTEN W.More Photogrammetry for Wind－tunnel Testing［J］.AIAA Journal，2002，40(7):1277－1283.

［24］ALPHEUS W，GOAD WK，MASSEY EA，et al.Wing Deformation Measurements of the DLR－F6 Transport Configuration in the National Transonic Facility［C］.AIAA Applied Aerodynamics Conference，USA，Honolulu，2008.

［25］LE Sant Y，MEIENNE M，LYONNET M，et al.A Model Deformation Measurement Method and its Application on PSP Measurements［C］.Portland，Oregon，2004.

［26］ LE Sant Y，MERIENNE MC.Surface Pressure Measurements by Using Pressure－sensitive Paints［J］.Aerospace Science and Technology，2005，9(4):285－299.

［27］MIGNOSI A，TOURON G，LE Sant Y，et al.Model Deformation Measurement in the ONERA F1 Wind Tunnel［C］.IEEE，2010:1－8.

［28］PAPANYAN V，OSHEL E，ADAMO D.3D Position and Velocity Vector Computations of Objects Jettisoned from the International Space Station Using Close－range Photogrammetry Approach［C］.Proceedings of SPIE—The International Society for Optical Engineering ，2008:69580H.