[發(fā)明專利]一種多鏡面單相機(jī)三維振動測試裝置及方法

有效

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• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109544639B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉聰;劉曉鵬;徐志洪;康新
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種多鏡面單相機(jī)三維振動測試裝置，其特征在于，包括一臺相機(jī)、高分辨率鏡頭、計(jì)算機(jī)、與待測點(diǎn)數(shù)目相同的標(biāo)識點(diǎn)、與待測點(diǎn)數(shù)目相同的前鍍膜反射鏡，其中每個反射鏡上貼有兩個標(biāo)識點(diǎn)，相機(jī)采樣頻率為物體振動頻率2倍以上；

采用激勵裝置使得待測物發(fā)生振動，相機(jī)采集整個振動狀態(tài)圖像，保存至計(jì)算機(jī)，得到的任意一幅圖像中均包含所有待測點(diǎn)的實(shí)像與鏡面反射的虛像兩部分；

通過標(biāo)識點(diǎn)識別與定位算法確定任意一幅圖像中每個實(shí)像與虛像的對應(yīng)圖像坐標(biāo)，利用整個振動過程中對應(yīng)圖像坐標(biāo)、鏡面上標(biāo)識點(diǎn)圖像坐標(biāo)以及相機(jī)內(nèi)部參數(shù)計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系與每個鏡面坐標(biāo)系的外部參數(shù)；其中，相機(jī)坐標(biāo)系與每個鏡面坐標(biāo)系的外部參數(shù)中平移向量的計(jì)算方法如下：

根據(jù)反射鏡位置的不同確定歸一化平移向量t'＝[t'_x t'_y t'_z]^T，若反射鏡豎直放置，則歸一化平移向量為t'＝[1 0 0]^T；若反射鏡水平放置，則歸一化平移向量為t'＝[0 1 0]^T；假設(shè)反射鏡上兩點(diǎn)的圖像坐標(biāo)分別為u₁、v₁和u₂、v₂，通過如下公式計(jì)算這兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)[X_i Y_i Z_i]，其中i＝1,2：

其中，x_iu、y_iu為歸一化去畸變圖像坐標(biāo)；采用歸一化平移向量計(jì)算反射鏡上兩點(diǎn)的距離平移向量t＝l/l₁×t'；

根據(jù)相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)及振動過程中的對應(yīng)圖像坐標(biāo)及外部參數(shù)計(jì)算待測物體上每個標(biāo)識點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并進(jìn)行模態(tài)及頻率振動分析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多鏡面單相機(jī)三維振動測試裝置，其特征在于，測試裝置還包括用于固定相機(jī)的三腳架。

3.一種基于權(quán)利要求1所述多鏡面單相機(jī)三維振動測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、相機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定：將平面標(biāo)定板在相機(jī)的視場范圍內(nèi)平移及旋轉(zhuǎn)至少8個姿態(tài)，相機(jī)采集平面標(biāo)定板圖像，利用標(biāo)定板圖像計(jì)算相機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣及畸變系數(shù)；

步驟2、標(biāo)識點(diǎn)粘貼與反射鏡固定：在待測位置粘貼標(biāo)識點(diǎn)，并在其旁邊固定貼有兩個標(biāo)識點(diǎn)的前鍍膜反射鏡；

步驟3、相機(jī)圖像采集：采用激勵裝置讓待測物發(fā)生振動，相機(jī)采集整個振動狀態(tài)圖像，保存至計(jì)算機(jī)，得到的任意一幅圖像中均包含所有待測點(diǎn)的實(shí)像與鏡面反射的虛像兩部分；

步驟4、相機(jī)與每個鏡面坐標(biāo)系外部參數(shù)確定：通過標(biāo)識點(diǎn)識別與定位算法確定任意一幅圖像中每個實(shí)像與虛像的對應(yīng)圖像坐標(biāo)，利用整個振動過程中對應(yīng)圖像坐標(biāo)、鏡面上標(biāo)識點(diǎn)圖像坐標(biāo)以及相機(jī)內(nèi)部參數(shù)計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系與每個鏡面坐標(biāo)系的外部參數(shù)；

步驟5、待測物體標(biāo)識點(diǎn)的三維坐標(biāo)計(jì)算：根據(jù)相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)及振動過程中的對應(yīng)圖像坐標(biāo)及外部參數(shù)計(jì)算待測物體上每個標(biāo)識點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并進(jìn)行模態(tài)及頻率振動分析。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1中得到的相機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣為其中f_x、f_y為兩個方向的等效焦距，c_x、c_y為光軸與相機(jī)靶面的交點(diǎn)圖像坐標(biāo)，一階畸變系數(shù)用k₁表示。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2中每個待測點(diǎn)位置均粘貼一個標(biāo)識點(diǎn)，且每個標(biāo)識點(diǎn)旁邊均固定有一前鍍膜反射鏡，在反射鏡上貼有兩個標(biāo)識點(diǎn)，且兩個標(biāo)識點(diǎn)之間的距離已知為l。