燃料组件作为核能系统产生能量的核心部件,由于装配应力、热应力和辐射生长等因素的影响,其在使用期间会产生局部变形,进而导致装卸困难、甚至组件加速破损等,因此,燃料组件变形状态是堆芯运行过程中的重要监测指标。但是,由于测量目标的高放射性,目前,燃料组件多采用接触测量方式,存在测量参数少、设备易活化等问题。基于水下双目视觉的测量方法作为非接触测量方向的一个研究热点,可实现大尺度燃料组件(长度约4000mm)非接触、多参数和高效的测量。特殊的水下核辐射环境,使得应用于双目模块的普通水下摄像单元的信噪比、工作稳定性等受到严重影响;同时,高放射性还导致水环境温度场均匀性变差,为水下双目测量模块的测量精度和稳定性引入诸多问题。因此,本文对基于水下双目视觉的燃料组件变形检测系统的关键技术进行研究,主要研究内容和成果如下:(1)根据应用现场的辐照环境,设计了合理的核辐射试验;通过图像传感器结构和工艺分析,筛选出符合应用需求的图像传感器,并基于CMOS图像传感器给出水下摄像模块的详细设计;通过辐照环境下采集图像的图像灰度值分析、图像直方图的单帧数据分析和基于图像信噪比的连续分析,得到水下摄像模块的应用规律。详细介绍燃料组件各类参数的测量方法;基于区域分块和标准板的标定方法,实现水下双目摄像系统的组内和组间的参数标定,并给出畸变校正结果;通过联合Harris特征点和区域灰度互相关方法,实现核辐射噪声干扰下的双目摄像系统的组内快速图像配准,并给出通过图像坐标实现目标三维参数计算的方法。(2)燃料组件的核辐射会严重降低变形检测系统的摄像单元信噪比,设计辐射试验并进行图像采集,通过采集图像的噪声分析,提出基于混合脉冲高斯噪声的辐射噪声模型,同时,基于绝对差值排序滤波器(Rank-Ordered Absolute Differences,以下简称ROAD滤波器)和非局部双域滤波器(Non-Local Dual image Denoising,以下简称NLDD滤波器)的联合处理,实现辐射噪声的有效抑制;大型燃料组件的变形测量中,由于检测设备结构固定,目标相对检测设备的变形量会存在累积效应,不可避免的会遇到变形量过大导致的局部或全局离焦模糊,提出一种适用于本系统的离焦清晰度评价函数,且根据离焦半径估计和图像信噪比计算,实现一种基于维纳滤波的模糊复原模块;对于离焦模糊的解决,检测设备的光学系统焦面、光圈参数调节也是一种有效途径,通过试验数据采集和测量数据分析,得出光学参数与双目测量模块精度的关系。(3)燃料组件的高放射性会使其自发热,进而导致工作水环境的温度场均匀性变差,在摄像单元采集图像中表现为图像边缘信息随机扭曲、细节丢失且模糊等,通过现场水环境的温度、折射率等因素分析,得出热扰动产生的机理;基于热扰动模拟试验平台和测试模块,利用水下图像的灰度分布、结构相似性图像度量和归一化最大灰度梯度清晰度评价函数评价目标图像在径向和轴向上的畸变和模糊等失真程度,得到水下热扰动对光学成像变化的规律。(4)根据水下检测目标的大尺寸特点,提出一种基于多组双目模块的水下大型燃料组件变形检测系统,系统由水下双目阵列采集子系统和参数三维测量子系统组成;给出采集子系统的硬件总体设计框架,特别针对摄像单元的一体化参数调节模块和小型化电机组驱动电路进行详细介绍;同时,根据测量子系统软件需求,进行软件系统的总体框架和界面等设计。最后,经模拟水池和现场试验,验证系统参数测量指标,局部测量精度可达0.2mm,满足现场应用需求。