[發(fā)明專利]高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710697595.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107401977B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 張進;王飛;鄧華夏;隆昌宇;余寰;于連棟;馬孟超;鐘翔
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 彭超

1.一種高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法，其特征在于，包括如下步驟：

相機標定步驟：利用兩個彩色CCD相機拍攝被測物體表面圖像，利用相機標定程序獲得相機內(nèi)外參數(shù)，根據(jù)圖像處理技術(shù)獲得常溫下被測物體表面的三維坐標；

數(shù)據(jù)采集步驟：實時獲取相機拍攝的圖像數(shù)據(jù)，同時通過布置在被測物體表面以及空間場內(nèi)的若干熱電偶傳感器同步采集所述被測物體表面以及空間場內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)；

溫度場分布模型建立步驟：根據(jù)實時采集的所述溫度數(shù)據(jù)，利用有限元軟件模擬建立所述被測物體到所述相機空間范圍的溫度場分布模型；

折射率場分布模型建立步驟：根據(jù)大氣折射率公式確定所述被測物體表面到所述相機靶面空間折射率場的非線性分布與溫度場的非線性分布之間的對應關系，建立空間折射率場的分布模型；

像素坐標偏差計算步驟：根據(jù)折射率場的非線性分布和幾何光學理論計算在所述相機成像光譜下所述被測物體表面P點經(jīng)過空間折射率場在所述相機靶面上成像點的像素坐標；同時計算出常溫條件下所述被測物體表面P點在所述相機靶面上成像點的像素坐標；據(jù)此計算高溫與常溫下物點成像點的像素坐標偏差；

圖像補償步驟：依據(jù)常溫下獲取的圖像信息對高溫環(huán)境下獲取的圖像信息運用圖像幾何校正方法進行圖像坐標補償，根據(jù)不同成像光譜下的被測物體成像差異信息對不同通道的校正圖像進行融合，得到溫度補償后的客觀被測目標圖像；

三維坐標重建步驟：根據(jù)溫度補償后的客觀被測目標圖像，運用雙目視覺重建相關算法，重建所述被測物體表面的三維坐標。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法，其特征在于，所述相機選用分光式彩色CCD相機，通過分光棱鏡將光線分成R、G、B三個成像光譜通道，獲取的圖像數(shù)據(jù)包括R、G、B三個成像通道對應的通道圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法，其特征在于，所述溫度場分布模型建立步驟具體為：

根據(jù)設置在所述被測物體表面的熱電偶傳感器實時采集的溫度數(shù)據(jù)添加初始值，建立初始的溫度場分布模型；模擬所述被測物體表面到所述相機靶面的空間溫度分布，結(jié)合空間場中布置的其他熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)作為新的約束條件，不斷修正完善溫度場分布模型，最終獲得所述被測物體表面及其周圍空間場準確的非線性溫度場分布模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法，其特征在于，在所述折射率場分布模型建立步驟中，根據(jù)大氣折射率公式確定所述被測物體表面到所述相機靶面空間折射率場的非線性分布與溫度場的非線性分布之間的對應關系通過公式(1)建立：

其中，n為折射率，p為氣體壓強，T為熱力學溫度，λ為光線波長，e為水汽壓。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法，其特征在于，在所述像素坐標偏差計算步驟中，計算在所述相機成像光譜下所述被測物體表面P點經(jīng)過空間折射率場在所述相機靶面上成像點的像素坐標的方法具體為：

采用snell折射定理進行計算，如公式(2)和(3)所示：

n₁sinθ′₁＝n₂sinθ₂ (2)

n₂sinθ′₂＝n₃sinθ₃ (3)

其中，n₁為非線性分布的溫度場區(qū)域一層的折射率，θ′₁為光線從溫度場區(qū)域一層進入?yún)^(qū)域二層的入射角，θ₂為光線從溫度區(qū)域一層進入?yún)^(qū)域二層的出射角，n₂為非線性分布溫度場區(qū)域二層的折射率，θ′₂為光線從溫度區(qū)域二層進入?yún)^(qū)域三層的入射角，n₃為非線性分布溫度場區(qū)域三層的折射率，θ₃光線從溫度區(qū)域二層進入?yún)^(qū)域三層的出射角；

根據(jù)所述被測物體表面P點坐標位置，空間場中折射率分布和溫度場區(qū)域一層進入?yún)^(qū)域二層入射角θ′₁，由(1)、(2)式原理采用迭代算法計算出所述相機成像光譜下所述被測物體表面P點經(jīng)過空間折射率場在所述相機靶面上成像點的像素坐標。