[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法的實(shí)時(shí)引伸計(jì)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610307901.4
• 申請(qǐng)日: 2016-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105783735B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張青川;徐小海;蘇勇;呂澤乾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀(jì)

本發(fā)明涉及一種基于二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法的實(shí)時(shí)引伸計(jì)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：首先利用相機(jī)標(biāo)定方法確定相機(jī)的主點(diǎn)位置和鏡頭的像差參數(shù)；利用二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法實(shí)時(shí)求解試件變形過(guò)程中的補(bǔ)償參數(shù)；利用傳統(tǒng)的光學(xué)引伸計(jì)算法計(jì)算出試件上某引伸計(jì)端點(diǎn)的位移場(chǎng)；利用實(shí)時(shí)得出的補(bǔ)償參數(shù)實(shí)時(shí)補(bǔ)償光學(xué)引伸計(jì)端點(diǎn)的位移場(chǎng)，并計(jì)算補(bǔ)償后的線(xiàn)應(yīng)變。本發(fā)明消除離面運(yùn)動(dòng)和鏡頭像差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，保證測(cè)量精度，并能實(shí)時(shí)測(cè)量應(yīng)變。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種基于二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法的實(shí)時(shí)光學(xué)引伸計(jì)測(cè)量方法，屬于光電檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在實(shí)際的材料實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中，經(jīng)常需要對(duì)材料或者試件進(jìn)行變形測(cè)量。對(duì)于試件彈性變形階段的應(yīng)變測(cè)試，常用的試驗(yàn)方法是接觸式測(cè)量方法：利用電子應(yīng)變片或機(jī)械引伸計(jì)進(jìn)行測(cè)量。電子應(yīng)變片需要緊密貼合在試件上，而機(jī)械引伸計(jì)需要裝夾在試件表面，操作復(fù)雜且對(duì)試驗(yàn)技能有一定要求。為此，基于數(shù)字圖像相關(guān)的光學(xué)引伸計(jì)被發(fā)展起來(lái)，它具有非接觸、精度高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

數(shù)字圖像相關(guān)方法是上世紀(jì)80年代初發(fā)展的非接觸式光學(xué)測(cè)量方法，并廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究和工程測(cè)量中。該方法起源于對(duì)單個(gè)相機(jī)圖像匹配的二維數(shù)字圖像相關(guān)，二維數(shù)字圖像相關(guān)局限于對(duì)平面試件的面內(nèi)位移測(cè)量，且試驗(yàn)中要求相機(jī)軸線(xiàn)與平面試件表面垂直。然而，工程測(cè)量中，很難避免離面運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，試件的離面運(yùn)動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響二維數(shù)字圖像相關(guān)的測(cè)量精度。此外，相機(jī)鏡頭的像差同樣會(huì)對(duì)二維數(shù)字圖像相關(guān)的測(cè)量結(jié)果造成較大的影響。為了解決這些問(wèn)題，三維數(shù)字圖像相關(guān)被發(fā)展起來(lái)。三維數(shù)字圖像相關(guān)引入雙目視覺(jué)原理，預(yù)先對(duì)左右相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，使用標(biāo)定確定的世界坐標(biāo)系統(tǒng)可以有效的解決離面運(yùn)動(dòng)和鏡頭像差帶來(lái)的誤差，且對(duì)曲表面試件同樣適用。使用三維數(shù)字圖像相關(guān)能夠得到高精度的測(cè)量結(jié)果，但實(shí)驗(yàn)中使用二維數(shù)字圖像相關(guān)會(huì)更加簡(jiǎn)便易行。

傳統(tǒng)的基于數(shù)字圖像相關(guān)的光學(xué)引伸計(jì)在進(jìn)行二維測(cè)量時(shí)同樣面臨著離面運(yùn)動(dòng)影響測(cè)量精度這一問(wèn)題。在中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)枺?01510644895.7)中，張東升等提出了一種基于數(shù)字圖像相關(guān)的實(shí)時(shí)光學(xué)引伸計(jì)測(cè)量方法，該方法能達(dá)到約100幀/秒的處理速度并與傳統(tǒng)的數(shù)字圖像相關(guān)具有等效的精度。通常，數(shù)字圖像相關(guān)典型的測(cè)量精度在100微應(yīng)變左右，而二維數(shù)字圖像相關(guān)的測(cè)量結(jié)果易受離面運(yùn)動(dòng)的影響，相對(duì)誤差可達(dá)20％以上。在非專(zhuān)利文獻(xiàn)“Optical extensometer and elimination of the effect of out-of-planemotions”(Optics and Lasers in Engineering,Vol.65,pp.28-37,2015)中，Bai等利用附著在試件上的剛性板的虛應(yīng)變場(chǎng)(由離面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生)，補(bǔ)償變形試件的應(yīng)變場(chǎng)，從而得到高精度的補(bǔ)償結(jié)果；但該方法計(jì)算量較大，難以實(shí)時(shí)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與實(shí)際實(shí)驗(yàn)和工程測(cè)量的需求，提出一種基于二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法的實(shí)時(shí)引伸計(jì)測(cè)量方法，消除離面運(yùn)動(dòng)和鏡頭像差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，保證測(cè)量精度，并能實(shí)時(shí)測(cè)量應(yīng)變。

本發(fā)明提出一種基于二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法的實(shí)時(shí)引伸計(jì)測(cè)量方法，并結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)光學(xué)引伸計(jì)測(cè)量方法，消除了離面運(yùn)動(dòng)和鏡頭像差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)物體實(shí)時(shí)的高精度應(yīng)變測(cè)量。

根據(jù)以上發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法的實(shí)時(shí)引伸計(jì)測(cè)量方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)首先利用相機(jī)標(biāo)定方法確定相機(jī)的主點(diǎn)位置和鏡頭像差參數(shù)k1；

(2)利用二維數(shù)字圖像相關(guān)實(shí)時(shí)測(cè)量補(bǔ)償板上計(jì)算點(diǎn)即補(bǔ)償點(diǎn)的位移場(chǎng)，根據(jù)二維數(shù)字圖像相關(guān)補(bǔ)償算法求解出試件變形過(guò)程中相應(yīng)的補(bǔ)償參數(shù)；