[發明專利]一種物體變形的實時測量方法

有效

• 申請號: 200910022577.1
• 申請日: 2009-05-18
• 公開（公告）號: CN101566465A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 梁晉;肖振中;胡浩;唐正宗;史寶全
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種三維光學測量方法，特別涉及一種適合于物體變形的實時測量方法。

背景技術

變形測量是固體力學及材料科學研究中重要的環節，因此，準確、快速和高效地測量材料的變形是實驗力學的重要研究內容。而要動態地測量物體的運動及變形信息主要有接觸式和非接觸式兩類方法。

接觸式測量的方法主要有光彈貼片法、電阻應變片測量法。其中光彈貼片法能用于測量金屬、混凝土、木材、巖石、橡膠等材料制成的結構或零件的動態應力、靜態應力、彈性應力以及殘余應力等，但此法對貼片的要求很高，且對于許多應變很小的結構和零件，靈敏度不高。而電阻應變片測量法雖然具有精度高、測量結果穩定等優點，但該方法對被測試件要求一定剛度，只能點測量，不能得到全場數據，且測量范圍有限，不能測量大應變。總體來說，接觸式測量方法已不能滿足當今快速、高效率的測量要求。

非接觸式測量方法主要有全息干涉法、疊柵云紋法、電子散斑干涉等。全息干涉法具有較高的檢測靈敏度和精度，缺點是對不透光物體沒有穿透能力，一般只能用于厚度小的薄材料，設備較昂貴，并且在檢測時受機械振動、聲振動(如環境噪聲)以及環境光等的干擾較大，因此需要在安靜、清潔的暗室中進行檢測。而疊柵云紋法在測量彈性范圍內的微小應變時，靈敏度和準確度還不夠，并且這種方法受到外界振動的影響較大。由于電子散斑干涉技術是基于雙光束干涉，對檢測環境和檢測對象都有一定的要求，實驗難度高，設備昂貴，使得該技術在普遍應用有一定的限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種易于操作、測量準確、快速高效的實時測量物體變形信息的方法。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種物體變形的實時測量方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)布置并調整測量設備：在被測物體上方對稱布置兩個攝像機及相應的LED光照燈，然后調整兩個攝像機的角度和距離，使兩個攝像機光軸在攝像機前1m距離處相交；

(2)標定攝像機：將標靶置于兩個攝像機的視場，然后對標靶拍攝，得到標靶的圖像，通過標定得到兩攝像機準確的位置關系，包括兩攝像機夾角、相對距離、攝像機的內部參數以及鏡頭畸變參數；

(3)粘貼標志點：在待測物體表面根據被測物大小形狀以及測量要求粘貼標志點，標志點包括點陣編碼標志點、環形編碼標志點以及圓形非編碼標志點，粘貼編碼標志點的密度為非編碼標志點的1/3～1/2；粘貼圓形非編碼標志點時應保證任意兩個標志點間的距離大于物體局部相對初始狀態的最大變形量；

(4)采集數字圖像：保持兩攝像機角度、距離不變，將已經粘貼好標志點的被測物置于兩攝像機下大約1米處或移動整個測量設備使被測物進入測量范圍使每個攝像機都能采集到被測物表面的標志點，然后開啟兩攝像機進行序列圖像拍照；

(5)圖像識別定位：對兩攝像機采集的序列圖像首先進行降噪預處理，然后在計算機中進行被測物表面標志點的識別和定位，進而求解它們在兩攝像機圖像上對應的圖像坐標；

(6)重建三維坐標：首先根據步驟2攝像機的標定結果反求攝像機投影矩陣，然后結合上步求得的被測物表面標志點在兩攝像機圖像上的圖像坐標重建標志點的三維坐標；對計算得到的在被測物體每個變形狀態的標志點編號，使同一標志點在每個變形狀態中的編號相同；

(7)變形分析與計算：根據上步得到的被測物表面標志點三維坐標分析被測物表面的各個變形狀態，把物體表面的標志點作為物體的變形點，計算包括物體的位移、變形曲線、云圖的實時信息，并在計算機顯示屏上顯示，進行可視化分析。

上述方案中，步驟(2)所述標定攝像機具體程序如下：

(a)啟動攝像機從不同角度和距離采集靶標圖像，然后計算標靶上控制點的圖像坐標；

(b)采用DLT解法解算投影矩陣，根據求得的投影矩陣求解攝像機內外參數，從而得到標定各參數的初始值；

(c)利用光束平差法對攝像機標定，得到精確的攝像機內外參數并將標定結果保存。

所述步驟(3)對于表面反光或表面顏色較復雜的物體噴顯影劑處理，以利于標志點的識別。所述步驟(4)攝像機進行序列圖像拍照的時間為100秒，每秒鐘拍攝5幅圖片。

步驟(5)所述圖像識別定位的具體程序如下：

(a)圖像預處理，對輸入的圖像進行降噪、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，并進行濾波操作將非橢圓邊緣去除掉；