魚類三維運動精密測量方法研究.pdf

1、魚類的仿生力學(xué)研究正引起國內(nèi)外許多研究者的關(guān)注，在國內(nèi)尚屬于起步階段?，F(xiàn)有的魚類運動學(xué)研究大多局限于二維觀測和分析，只能大體獲取魚體形貌，不能完全反映真實的魚的三維動態(tài)過程。作為三維分析的基礎(chǔ)，實驗觀察、測量和分析是必要的研究手段。本文綜述了魚類測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對光學(xué)三維形貌測量、位相檢測及展開、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)上對活體魚類的測試技術(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)新點如下：

2、>　　 提出將柵線投影法用于自主游動的魚類三維形貌測量的測量方案將一組正弦光柵投影到魚體表面，由高速攝像機記錄魚體表面的變形條紋分布，通過傅立葉變換或小波變換解調(diào)位相信息，獲得基于時間序列的三維包裹位相：提出了基于動態(tài)移動過程的三維位相展開方法，最終形成了系統(tǒng)的魚類動態(tài)過程三維形貌測量的理論體系和實用系統(tǒng)。文中用此方法再現(xiàn)了鯉魚的三維形貌，驗證了實驗方案的可行性。
　　 建立了基于單攝像機的鯉魚整體式三維形貌測量系統(tǒng)為了獲取魚

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

4、取了尾鰭三維空間位置變化、擺動方式、擺動頻率、特征點軌跡及特征點位相等運動學(xué)參數(shù)，從而為進(jìn)一步研究尾鰭的作用，尾鰭擺動方式和擺動頻率與魚的游速間關(guān)系，尾鰭與其周圍流場間關(guān)系等打下基礎(chǔ)。
　　 建立了魚類機動過程運動學(xué)特征參數(shù)的自動分析系統(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，實現(xiàn)了鯉魚機動過程的運動特性的測量和分析。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)方法以解決鯉魚機動過程中魚體的大轉(zhuǎn)角和大變形問題，實