[發(fā)明專利]一種物體變形的實(shí)時(shí)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910022577.1
• 申請(qǐng)日: 2009-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101566465A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁晉;肖振中;胡浩;唐正宗;史寶全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱海臨

1.一種物體變形的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)布置并調(diào)整測(cè)量設(shè)備：在被測(cè)物體上方對(duì)稱布置兩個(gè)攝像機(jī)及相應(yīng)的LED光照燈，然后調(diào)整兩個(gè)攝像機(jī)的角度和距離，使兩個(gè)攝像機(jī)光軸在攝像機(jī)前1m距離處相交；

(2)標(biāo)定攝像機(jī)：將標(biāo)靶置于兩個(gè)攝像機(jī)的視場(chǎng)，然后對(duì)標(biāo)靶拍攝，得到標(biāo)靶的圖像，通過(guò)標(biāo)定得到兩攝像機(jī)準(zhǔn)確的位置關(guān)系，包括兩攝像機(jī)夾角、相對(duì)距離、攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)以及鏡頭畸變參數(shù)；

(3)粘貼標(biāo)志點(diǎn)：在待測(cè)物體表面根據(jù)被測(cè)物大小形狀以及測(cè)量要求緊密粘貼標(biāo)志點(diǎn)，標(biāo)志點(diǎn)包括點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)、環(huán)形編碼標(biāo)志點(diǎn)以及圓形非編碼標(biāo)志點(diǎn)，粘貼編碼標(biāo)志點(diǎn)的密度為非編碼標(biāo)志點(diǎn)的1/3～1/2；粘貼圓形非編碼標(biāo)志點(diǎn)時(shí)應(yīng)保證任意兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)間的距離大于物體局部相對(duì)初始狀態(tài)的最大變形量；

(4)采集數(shù)字圖像：保持兩攝像機(jī)角度、距離不變，將已經(jīng)粘貼好標(biāo)志點(diǎn)的被測(cè)物置于兩攝像機(jī)下大約1米處或移動(dòng)整個(gè)測(cè)量設(shè)備使被測(cè)物進(jìn)入測(cè)量范圍使每個(gè)攝像機(jī)都能采集到被測(cè)物表面的標(biāo)志點(diǎn)，然后開(kāi)啟兩攝像機(jī)進(jìn)行序列圖像拍照；

(5)圖像識(shí)別定位：對(duì)兩攝像機(jī)采集的序列圖像首先進(jìn)行降噪預(yù)處理，然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行被測(cè)物表面標(biāo)志點(diǎn)的識(shí)別和定位，進(jìn)而求解它們?cè)趦蓴z像機(jī)圖像上對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)；

(6)重建三維坐標(biāo)：首先根據(jù)步驟2攝像機(jī)的標(biāo)定結(jié)果反求攝像機(jī)投影矩陣，然后結(jié)合上步求得的被測(cè)物表面標(biāo)志點(diǎn)在兩攝像機(jī)圖像上的圖像坐標(biāo)重建標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)；對(duì)計(jì)算得到的在被測(cè)物體每個(gè)變形狀態(tài)的標(biāo)志點(diǎn)編號(hào)，使同一標(biāo)志點(diǎn)在每個(gè)變形狀態(tài)中的編號(hào)相同；

(7)變形分析與計(jì)算：根據(jù)上步得到的被測(cè)物表面標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)分析被測(cè)物表面的各個(gè)變形狀態(tài)，把物體表面的標(biāo)志點(diǎn)作為物體的變形點(diǎn)，計(jì)算包括物體的位移、變形曲線、云圖的實(shí)時(shí)信息，并在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示，進(jìn)行可視化分析。?

2.如權(quán)利要求1所述的物體變形的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，步驟(2)所述標(biāo)定攝像機(jī)具體程序如下：

(a)啟動(dòng)攝像機(jī)從不同角度和距離采集靶標(biāo)圖像，然后計(jì)算標(biāo)靶上控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

(b)采用DLT解法解算投影矩陣，根據(jù)求得的投影矩陣求解攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)，從而得到標(biāo)定各參數(shù)的初始值；

(c)利用光束平差法對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定，得到精確的攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)并將標(biāo)定結(jié)果保存。

3.如權(quán)利要求1所述的物體變形的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(3)對(duì)于表面反光或表面顏色較復(fù)雜的物體噴顯影劑處理，以利于標(biāo)志點(diǎn)的識(shí)別。

4.如權(quán)利要求1所述的物體變形的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(4)攝像機(jī)進(jìn)行序列圖像拍照的時(shí)間為100秒，每秒鐘拍攝5幅圖片。

5.如權(quán)利要求1所述的物體變形的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，步驟(5)所述圖像識(shí)別定位的具體程序如下：

(a)圖像預(yù)處理，對(duì)輸入的圖像進(jìn)行降噪、二值化處理；

(b)在二值化圖像中搜索邊緣特征，提取橢圓邊緣，并進(jìn)行濾波操作將非橢圓邊緣去除掉；

(c)計(jì)算圖像中識(shí)別的橢圓特征的中心坐標(biāo)，首先進(jìn)行橢圓邊緣的粗定位，得到橢圓邊緣的整像素坐標(biāo)值，然后采用梯度幅值均值法計(jì)算邊緣點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)：得到亞像素邊緣，最后通過(guò)最小二乘橢圓擬合得到橢圓的中心坐標(biāo)；

(d)在圖像中搜索8個(gè)已經(jīng)識(shí)別的最相鄰橢圓點(diǎn)組成的點(diǎn)陣作為候選的點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)；

(e)檢測(cè)候選的點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)的模板點(diǎn)并計(jì)算其圖像坐標(biāo)，然后根據(jù)模板點(diǎn)的圖像坐標(biāo)計(jì)算點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)的交比；

(f)根據(jù)求得交比判斷候選的點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)是否為真，如果為真，進(jìn)行下一步，否則判定為非編碼標(biāo)志點(diǎn)；?

(g)根據(jù)(e)步求得的模板點(diǎn)的圖像坐標(biāo)以及模板點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)求解設(shè)計(jì)坐標(biāo)相對(duì)于圖像坐標(biāo)的仿射變換參數(shù)；

(h)根據(jù)(e)計(jì)算的點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)圖像坐標(biāo)和(g)步計(jì)算得到的仿射變換參數(shù)，反求點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)在設(shè)計(jì)坐標(biāo)下的坐標(biāo)值；

(i)對(duì)反求的點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)在設(shè)計(jì)坐標(biāo)下的坐標(biāo)值和其設(shè)計(jì)坐標(biāo)值進(jìn)行匹配，當(dāng)成功時(shí)得到點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)的編碼位代號(hào)，并進(jìn)行下一步，否則判定為非編碼標(biāo)志點(diǎn)；

(j)計(jì)算點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)字編碼值，然后根據(jù)數(shù)字編碼值查點(diǎn)陣編碼標(biāo)志點(diǎn)ID表獲得其ID。?