[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字散斑的高速三維應(yīng)變測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510025233.1
• 申請(qǐng)日: 2015-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN104864819B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李中偉;劉行健;鐘凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16;G01B11/25
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

1.一種高速三維應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在被測(cè)物表面制備隨機(jī)的散斑圖案；

(2)利用第一和第二圖像傳感器從不同角度拍攝標(biāo)定物體，提取得到的兩個(gè)標(biāo)定物體圖像上的特征點(diǎn)，根據(jù)特征點(diǎn)與其在世界坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的關(guān)系，計(jì)算第一和第二圖像傳感器的內(nèi)參數(shù)以及第一和第二圖像傳感器間的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系；

其中，世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)為標(biāo)定物體上的任一固定點(diǎn)，X軸和Y軸在原點(diǎn)所在的標(biāo)定物體表面且相互垂直，Z軸垂直于X軸和Y軸；圖像傳感器的內(nèi)參數(shù)包括焦距、主點(diǎn)位置和畸變參數(shù)；

(3)利用第一和第二圖像傳感器從不同角度拍攝被測(cè)物，分別計(jì)算得到的兩個(gè)被測(cè)物圖像的散斑質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)Q₁和Q₂，將其與閾值Q進(jìn)行比較，若Q₁≥Q且Q₂≥Q，則判定散斑質(zhì)量合格，順序執(zhí)行步驟(4)；否則返回步驟(1)，并調(diào)整步驟(1)中的散斑制作工藝，同時(shí)調(diào)整步驟(2)中第一和第二圖像傳感器的位置關(guān)系；

(4)利用第一和第二圖像傳感器從不同角度同步采集被測(cè)物圖像；

(5)將第一和第二圖像傳感器采集的被測(cè)物圖像分別記為左圖像和右圖像，獲取同一時(shí)刻采集的左圖像和右圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配關(guān)系，根據(jù)第一和第二圖像傳感器間的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到被測(cè)物形變過(guò)程中的三維數(shù)據(jù)；

其中，按如下方法獲取同一時(shí)刻采集的左圖像和右圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配關(guān)系：

(B1)選取左圖像上的像素點(diǎn)P(x₀,y₀)，以P為中心選取子集，子集的邊長(zhǎng)為2M+1，子集中的像素點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y)，計(jì)算得到左圖像子集的歸一化最小平方距離其中，I(x,y)表示左圖像上坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)的灰度值，I_m是左圖像子集中像素點(diǎn)的灰度均值，

(B2)令P(x₀,y₀)在右圖像上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)為P'(x₀+ξ₀,y₀+η₀)，以P'為中心，以與左圖像的子集同樣大小的窗口在右圖像上選取子集，得到右圖像子集的歸一化最小平方距離其中，ξ₀和η₀分別為P'點(diǎn)相對(duì)于P點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)偏移，I'(x',y')表示右圖像上像素坐標(biāo)為(x',y')的像素點(diǎn)的灰度值，(x',y')為右圖像上與左圖像上坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)，I'_m是右圖像子集中像素點(diǎn)的灰度均值，

${I^{\′}}_m={\[1/(2M+1)\]}^2\underset{x=-M}{\overset{M}{\Σ}}\underset{y=-M}{\overset{M}{\Σ}}{I}^{\′}(x^{\′},y^{\′}),$

$x^{\′}=x_0+\mathrm{\Δ}x+{\mathrm{\ξ}}_0+{\mathrm{\ξ}}_x\mathrm{\Δ}x+{\mathrm{\ξ}}_y\mathrm{\Δ}y+\frac{1}{2}{\mathrm{\ξ}}_{xx}{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\ξ}}_{xy}\mathrm{\Δ}x\mathrm{\Δ}y+\frac{1}{2}{\mathrm{\ξ}}_{yy}{\mathrm{\Δy}}^2,$

$y^{\′}=y_0+\mathrm{\Δ}y+{\mathrm{\η}}_0+{\mathrm{\η}}_x\mathrm{\Δ}x+{\mathrm{\η}}_y\mathrm{\Δ}y+\frac{1}{2}{\mathrm{\η}}_{xx}{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\η}}_{xy}\mathrm{\Δ}x\mathrm{\Δ}y+\frac{1}{2}{\mathrm{\η}}_{yy}{\mathrm{\Δy}}^2,$

其中，Δx＝x-x₀，Δy＝y(tǒng)-y₀，ξ_x、ξ_y、η_x和η_y為左圖像子集和右圖像子集內(nèi)像素點(diǎn)的灰度差異的一階梯度，ξ_xx、ξ_xy、ξ_yy、η_xx、η_xy和η_yy為左圖像子集和右圖像子集內(nèi)像素點(diǎn)的灰度差異的二階梯度；

(B3)根據(jù)左圖像子集的歸一化最小平方距離和右圖像子集的歸一化最小平方距離，計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)其中，計(jì)算得到為最小值時(shí)ξ₀和η₀的值，確定P'(x₀+ξ₀,y₀+η₀)的位置；

(B4)改變像素點(diǎn)P的位置，重復(fù)執(zhí)行上述步驟(B1)至(B3)，得到左圖像與右圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配關(guān)系；

(6)根據(jù)多個(gè)時(shí)刻被測(cè)物形變過(guò)程中的三維數(shù)據(jù)，比較各個(gè)時(shí)刻的三維形貌變化，獲得全場(chǎng)三維應(yīng)變分區(qū)圖。

2.如權(quán)利要求1所述的高速三維應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(3)中，標(biāo)記得到的兩個(gè)被測(cè)物圖像中的任意一個(gè)為R，按如下方法計(jì)算R的散斑質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)Q_R：

(A1)計(jì)算R中散斑顆粒的平均尺寸A＝S/N，其中，S為R中散斑顆粒的總面積，N為R中散斑顆粒的總數(shù)；

(A2)計(jì)算R的灰度梯度均值其中，W和H分別為以像素為單位的R的寬度和高度，x_ij代表R中第i行第j列的像素點(diǎn)，為x_ij的灰度梯度矢量的模，f_u(x_ij)和f_v(x_ij)分別為x_ij在R的像素點(diǎn)的行所在方向u和列所在方向v的灰度的導(dǎo)數(shù)；

(A3)根據(jù)R中散斑顆粒的平均尺寸和R的灰度梯度均值，計(jì)算R的散斑質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)Q_R＝α·A+β·B，其中，α為尺寸系數(shù)，β為灰度系數(shù)。