臺灣博碩士論文加值系統

對於海洋工程研究而言，現場及實驗水槽觀測是常用的研究方法。而在測量各種物理參數時，所使用的儀器必須克服如電源供應及資料儲存的限制
，而且操作上必須簡易可行。在斷面水槽進行波浪觀測及底床變化實驗時，通常採用波高計、沙面測定儀，以探棒或是超音波測距的方法來觀測。
操作時，需以定點或是沿著水槽移動來取得數據。當需要高密度的連續資料時，所耗費的時間及成本相當可觀，而且探棒式量測方法需接觸於底床
，會干擾表面。近來半導技術快速發展，高解析度攝影機價格下降，在許多應用上皆可當成簡便的感應器。本研究使用一台非制式攝影機(Non-metric Camera)
，經過簡單程序校正後，即可得到滿足分析所需的精確度。一般而言攝影機校正的方式是找出光學參數如鏡頭的焦距、扭曲、光軸偏移及感應器線性度
；還有幾何參數，如攝影機的位置與方向。這些參數會在攝影機拆卸或移動時偏移而須重新校正。目前已知的攝影機校正步驟過於複雜，不適合現場或
是實驗水槽使用。在這篇文章中我們希望用簡單的網格及曲線擬合運算達到攝影機校正。透過這個簡易概念，多個攝影機可架設在斷面水槽的觀測窗，
以極低的成本達到相對準確的觀測結果。

Experimental study is an important methodology for ocean engineering research. However, measuring any physical parameters in the
field involves the instrumentation to overcome a wide range of problems, such as robustness to the severe environment, limitation
of power supply and data storage, and also simplicity of operation. Taking seabed profile or bedform measurement as an example,
conductivity point gauge or ultra-sound non-contact profiler is usually adopted. Limited by the time needed per sampling, these
approaches are costly in operation if dense grid points are required to describe the variation of a long transect. In addition to
this drawback, the surface will be disturbed after conductivity-based contact probing. We propose using an off-the-shelf,
non-metric CCD camera along with a simple calibration methodology as an alternative to carry out the measurement. As the semiconductor
technology advances drastically, nowadays high quality CCD cameras are available with inexpensive prices. Recently, CCD camera emerges
as a convenient input sensor for many applications. However, generally it requires a delicate optical and geometrical calibration of
the camera before it can be used to carry out 2D or 3D measurement of the target. The optical parameters are focal length, distortion
of lens, optical axis offset, CCD array linearity and etc; and geometrical parameters are position and orientation of the CCD camera.
Some of these parameters are sensitive to the setup of the system, and a re-calibration is needed whenever the system is disassembled
or moved. We propose using a template on which grid points of known locations are used to construct several sub-mappings between measurement
coordinate system and image pixel coordinate system. This simple procedure is effective to meet the accuracy requirement for several applications.
In this work, this idea is adopted and verified in three different experiments: An underwater laser line scanner, a cross-section wave tank bedform
profiling and Particle Imaging Velocimetry.

第一章 緒論
1.1 前言. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 儀器介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 研究目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
第二章 研究方法
2.1 經緯線格點校正法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 系統架設 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 硬體設備.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4 軟體 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
第三章 實驗設備與步驟
3.1 作業流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 前置作業. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 造波條件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4 影像時間差距知估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
第四章 結果分析
4.1 影像處理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2 靜態目標. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.3 動態目標. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
第五章 結語
5.1 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.2後續發展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
參考書目 54

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