[發(fā)明專利]一種物體碰撞恢復(fù)系數(shù)的非接觸式測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710556066.2
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107589069B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳鵬;童小華;高颯;胡歐玲;謝歡;劉世杰;胡林濤
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01C11/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

本發(fā)明涉及一種物體碰撞恢復(fù)系數(shù)的非接觸式測量方法，包括以下步驟：1)構(gòu)建高速相機攝影測量網(wǎng)絡(luò)，包括高速相機的布設(shè)、照明光源的布設(shè)、高速相機參數(shù)的標(biāo)定、平面標(biāo)志的安放以及控制點測量；2)同步獲取在碰撞試驗中待測物體的實時序列影像；3)采用橢圓識別與定位方法確定目標(biāo)點的初始影像坐標(biāo)，同時通過跟蹤匹配獲取目標(biāo)點的序列影像坐標(biāo)；4)基于標(biāo)定后的高速相機參數(shù)和控制點坐標(biāo)，采用基于序列影像的整體光束法平差獲取目標(biāo)點的序列三維空間坐標(biāo)；5)根據(jù)目標(biāo)點的序列三維空間坐標(biāo)獲取待測物體在碰撞試驗中的位移數(shù)據(jù)，并計算獲取待測物體的碰撞恢復(fù)系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有非接觸、高頻率、三維精確測量等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料性能領(lǐng)域，尤其是涉及一種物體碰撞恢復(fù)系數(shù)的非接觸式測量方法。

背景技術(shù)

碰撞恢復(fù)系數(shù)是表示碰撞前后物塊能量的耗散程度，可被定義為碰撞前后速度或動能與碰撞之前的速度或動能的比值。碰撞過程是材料測試領(lǐng)域最難精確測量的對象之一，其過程往往需要達(dá)到微秒級的時間分辨率。由于物塊在整個下落碰撞過程中只經(jīng)歷幾個毫秒，因此需要把毫秒級的運動過程分解到微秒級別甚至更小的時間單位才能達(dá)到精確測量的目的。在傳統(tǒng)的材料工程實驗中，諸如位移計、加速度計、激光測距儀等傳統(tǒng)傳感器根本無法對該種碰撞型實驗進(jìn)行測量，而普通的相機幀頻又難以滿足對碰撞物塊運動過程的細(xì)微測量。因此對于碰撞型實驗，使用非接觸式高速視頻測量技術(shù)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種非接觸、精確測量的物體碰撞恢復(fù)系數(shù)的非接觸式測量方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種物體碰撞恢復(fù)系數(shù)的非接觸式測量方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建高速相機攝影測量網(wǎng)絡(luò)，包括高速相機的布設(shè)、照明光源的布設(shè)、高速相機參數(shù)的標(biāo)定、平面標(biāo)志的安放以及控制點測量；

2)對高速相機進(jìn)行同步控制，獲取在碰撞試驗中待測物體的實時序列影像；

3)采用橢圓識別與定位方法確定目標(biāo)點的初始影像坐標(biāo)，同時通過跟蹤匹配獲取目標(biāo)點的序列影像坐標(biāo)；

4)基于標(biāo)定后的高速相機參數(shù)和控制點坐標(biāo)，采用基于序列影像的整體光束法平差獲取目標(biāo)點的序列三維空間坐標(biāo)；

5)根據(jù)目標(biāo)點的序列三維空間坐標(biāo)獲取待測物體在碰撞試驗中的位移數(shù)據(jù)，并計算獲取待測物體的碰撞恢復(fù)系數(shù)。

所述的步驟1)中，高速相機的布設(shè)采用兩臺高速相機交向攝影的方式，其交向角為60-90度，所述的兩臺高速相機均配設(shè)20mm的定焦鏡頭。

所述的步驟1)中，高速相機參數(shù)的標(biāo)定采用張正友相機標(biāo)定法獲取高速相機的內(nèi)方位元素和光學(xué)畸變參數(shù)，所述的內(nèi)方位元素包括像距和像主點坐標(biāo)，所述的光學(xué)畸變參數(shù)包括鏡頭徑向畸變和切向畸變。

所述的步驟3)中，所述的跟蹤匹配首先采用最大歸一化相關(guān)系數(shù)在序列影像搜索區(qū)域中獲取整像素級的粗略點位，其次采用最小二乘法匹配法獲取目標(biāo)亞像素級的精確點位。

所述的步驟4)中，采用基于序列影像的光束法平差將目標(biāo)點的序列影像坐標(biāo)和高速相機參數(shù)作為一個光束進(jìn)行整體平差。

所述的步驟5)中，待測物體的碰撞恢復(fù)系數(shù)的計算式為：

其中，H₁為初始高度，H₂為第一次反彈高度。

所述的高速相機影像分辨率為1280×1024像素，滿幅幀頻為500幀/秒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：