[發明專利]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

• 申請號: 201710697595.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107401977B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（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）人: 合肥工業大學
• 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) 34114
• 代理人: 彭超

本發明提供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，通過載有濾光片的雙相機拍攝高溫物體表面，獲得圖像數據；利用軟件同步觸發溫度數據采集模塊，控制規律分布在物體和相機之間的熱電偶傳感器采集空間場溫度信息，建立實時的三維溫度場分布；根據大氣折射計算方法建立空間折射率場，結合光線傳播計算得到高溫環境下選擇波段的折射成像偏差；依據實際成像點進行算法重建，獲得客觀物點偏差，實現坐標補償；依據多個譜段補償校正后的圖像，采用圖像處理技術進行融合處理，最終獲得清晰圖像。本發明通過分光式彩色雙目相機和熱電偶的使用實現高溫測量中折射偏差補償，方法簡單，可應用于工程現場下的高溫物體的實時高精度測量。

技術領域

本發明屬于高溫物體幾何量測量技術領域，具體涉及基于高溫雙目立體視覺測量中考慮折射偏差的成像補償方法。

背景技術

在航空航天、汽車制造等機械工業領域，高溫構件的測量對指導設計、生產工藝和提高制造效率等方面具有重要的科學意義和經濟價值。以航空發動機為例，航空發動機在試車運行狀態下外機匣表面溫度達到400℃，發動機葉片表面溫度甚至高達1000℃。采用傳統的接觸式電測法會由于高溫導致傳感器失效而無法進行長時間動態測試數據采集，同時也存在測量不準確、效率低下、空間分辨率低等局限性

隨著高速CCD技術發展，基于機器視覺的非接觸測試方法以其非接觸、快速、高精度等優勢已經廣泛用于工業領域內的高溫測量。然而，在高溫環境下，由于被測物體的自身的熱輻射引起周圍溫度過高致使傳輸介質不均勻，且表面溫度及周圍的溫度場分布會隨著時間動態變化導致成像折射率發生非線性改變，以及發光和煙霧干擾等因素干擾，無法在可見光的感光波長范圍內，對物體進行穩定成像，從而使得測量結果難以準確反映高溫物體的真實信息。

現有技術中的圖像補償方法，一般只適用于圖像質量的提高，不能消除溫度梯度變化下的光線的折射偏折；也有圖像補償方法采用彩色CCD相機拍攝物體表面，利用藍光信息用來計算三維變形，同步利用紅光和綠光信息結合標定的基準溫度計算物體表面溫度，但該方法測量溫度僅限于物體表面，同樣不適用于全場溫度變化下的成像測量。

因此，高溫物體的雙目立體視覺測量，亟需一種針對變溫度場下成像光線折射的實時有效的補償方法。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術缺陷，本發明提供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。

本發明是通過以下技術方案實現的：

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，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外參數，根據圖像處理技術獲得常溫下被測物體表面的三維坐標；

數據采集步驟：實時獲取相機拍攝的圖像數據，同時通過布置在被測物體表面以及空間場內的若干熱電偶傳感器同步采集被測物體表面以及空間場內的溫度數據；

溫度場分布模型建立步驟：根據實時采集的溫度數據，利用有限元軟件模擬建立被測物體到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：根據大氣折射率公式確定被測物體表面到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：根據折射率場的非線性分布和幾何光學理論計算在相機成像光譜下被測物體表面P點經過空間折射率場在相機靶面上成像點的像素坐標；同時計算出常溫條件下被測物體表面P點在相機靶面上成像點的像素坐標；據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：依據常溫下獲取的圖像信息對高溫環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；