[發(fā)明專利]一種三維應(yīng)變變形測量的拍攝方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010282679.3
• 申請日: 2020-04-12
• 公開（公告）號: CN111336942A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范立峰;孫宇航;張云寒;王德華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G03B39/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種三維應(yīng)變變形測量的拍攝方法，實現(xiàn)該方法的設(shè)備包括高速攝像機、照明設(shè)備、平面鏡、計算機四種硬件設(shè)備和DIC分析軟件設(shè)備；計算機搭載同時搭載DIC分析軟件，高速攝像機通過USB插孔與計算機連接并與特定的高速攝像機圖像分析軟件進(jìn)行匹配，照明設(shè)備、平面鏡按計算位置獨立擺放。高速攝像機用以采集試驗過程物體表面的散斑情況，照明設(shè)備用以在高速攝像機采集物體表面散斑情況是提供照明。平面鏡共兩面，兩平面鏡規(guī)格相同，底部設(shè)置旋轉(zhuǎn)支座，便于調(diào)節(jié)兩平面鏡之間的夾角。計算機搭載數(shù)字圖像相關(guān)方法軟件程序與圖片剪切程序，便于后期的匹配運算和圖片的截切處理；DIC分析軟件用以對圖像進(jìn)行匹配分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種用于三維應(yīng)變變形數(shù)字測量的拍攝方法。具體是將傳統(tǒng)三維應(yīng)變變形的數(shù)字測量手段進(jìn)行優(yōu)化，傳統(tǒng)三維應(yīng)變變形的數(shù)字測量需要同時架設(shè)兩臺高速攝像機對同一物體進(jìn)行拍攝，后經(jīng)同時處理兩組高速攝像機所拍攝的照片得到應(yīng)變變形。本發(fā)明提供一種新穎的拍攝方法，在僅使用一臺高速攝像機的基礎(chǔ)上得到兩組所需處理的照片。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)應(yīng)變變形數(shù)字測量分析系統(tǒng)(DIC技術(shù))是一種光學(xué)非接觸式三維變形測量系統(tǒng)，用于物體表面形貌、位移以及應(yīng)變的測量和分析，并得到三維應(yīng)變場數(shù)據(jù)，測量結(jié)果直觀顯示。

該系統(tǒng)采用兩個高精度攝像機實時采集物體各個變形階段的散斑圖像，利用數(shù)字圖像相關(guān)算法實現(xiàn)物體表面變形點的匹配，根據(jù)各點的視差數(shù)據(jù)和預(yù)先標(biāo)定得到的相機參數(shù)重建物面計算點的三維坐標(biāo)；并通過比較每一變形狀態(tài)測量區(qū)域各點的三維坐標(biāo)的變化得到物面的位移場，進(jìn)一步計算得到物面應(yīng)變場。新的散斑系統(tǒng)集成了動態(tài)變形系統(tǒng)與軌跡姿態(tài)分析系統(tǒng)，在散斑計算的同時對于物體表面特殊點的位移變化和軌跡姿態(tài)進(jìn)一步分析計算。通過設(shè)置種子點，追蹤物體表面的散斑圖像，實現(xiàn)變形過程中物體表面的三維坐標(biāo)、位移及應(yīng)變的測量。

DIC技術(shù)使用的攝像機價格往往也十分昂貴，而實現(xiàn)三維應(yīng)變變形數(shù)字測量則需要同時架設(shè)兩臺高速攝像機，極大的增加了成本。因此，本發(fā)明提供一種新的拍攝方法，只需要一臺高速攝像機，同時拍攝觀測物體的兩個面，得到所需要的兩組照片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于三維應(yīng)變變形數(shù)字測量的拍攝方法。具體是利用平鏡面成像原理，在平面鏡形成與拍攝物體等大的虛像，再用高速攝像機拍攝兩個鏡面中的觀測物體，得到觀測物體兩個不同方向的照片。后對照片進(jìn)行剪切處理，間切成兩組尺寸相同的圖片，標(biāo)記為m方向和n方向。將圖片導(dǎo)入DIC分析軟件中得到應(yīng)變場。

一種用于三維應(yīng)變變形數(shù)字測量裝置，包括高速攝像機、照明設(shè)備、平面鏡、計算機四種硬件設(shè)備和DIC分析軟件設(shè)備；計算機搭載同時搭載DIC分析軟件，高速攝像機通過USB插孔與計算機連接并與特定的高速攝像機圖像分析軟件進(jìn)行匹配，照明設(shè)備、平面鏡按計算位置獨立擺放。

高速攝像機用以采集試驗過程物體表面的散斑情況，照明設(shè)備用以在高速攝像機采集物體表面散斑情況是提供照明。平面鏡共兩面，兩平面鏡規(guī)格相同，底部設(shè)置旋轉(zhuǎn)支座，便于調(diào)節(jié)兩平面鏡之間的夾角。計算機搭載數(shù)字圖像相關(guān)方法軟件程序與圖片剪切程序，便于后期的匹配運算和圖片的截切處理；DIC分析軟件用以對圖像進(jìn)行匹配分析。

傳統(tǒng)高速攝像機的拍攝方法是將兩臺高速攝像機，呈60度角架設(shè)在觀測物體前t米處(根據(jù)待測物體的體積與攝像機的規(guī)格設(shè)定)，在拍攝物體正面做散斑處理，標(biāo)記一點為種子點，同時拍攝待測面上散斑的位移變化過程，所得的兩組圖片導(dǎo)入DIC分析軟件中，通過計算得出整個物體的應(yīng)變場。

本方法根據(jù)平面鏡成像原理，使拍攝物體不同的待測面成像在兩個規(guī)格相同的平面鏡上，攝像機同時拍攝兩面平面鏡中物體的位移變化過程，將拍攝的照片通過圖片剪切軟件剪切為尺寸相同的兩組照片，分別導(dǎo)入DIC分析軟件中，進(jìn)而得到應(yīng)變場。

鏡面成像原理：平面鏡中的像是由光的反射光線的延長線的交點形成的，所以平面鏡中的像是虛像。虛像與物體等大，距離相等。像和物體的大小相等，所以像和物體對鏡面來說是對稱的。