[發明專利]一種基于光學折射的相機物距標定方法

有效

• 申請號: 202010655885.4
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111912606B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 朱飛鵬;白鵬翔;雷冬
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/04;G01B11/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐瑩

本發明公開了一種基于光學折射的相機物距標定方法，基于一臺數字相機、一個成像鏡頭、厚度與折射率均已知的透明平板、承載數字相機的三腳架及計算機數據處理裝置，在待測目標表面噴制隨機分布的散斑；將透明平板放置于數字相機鏡頭正前方，在放置透明平板的前、后時刻分別采集一幅待測目標的散斑圖像得到參考散斑圖像和目標圖像；計算機數據處理裝置包括相關運算模塊和后處理模塊，在采集到的參考散斑圖像中選擇感興趣區域并與目標圖像進行計算，獲取位移場信息并進行處理得到應變場信息，對應變場信息取平均值，再根據折射模型計算得到相機物距。本發明可在任意時刻進行相機物距標定，且與待測目標不發生接觸，計算精度高。

技術領域

本發明涉及一種基于光學折射的相機物距標定方法，屬于光學測量及無損檢測技術領域。

背景技術

當前，光學變形測試方法在科研與工程領域中得到了越來越廣泛的應用。光學測試方法利用相機對被測物體表面進行拍攝，然后依據數字圖像技術對獲得的圖像進行分析與處理，便可得到反映物體表變形的信息。單個相機具有測試硬件簡單等優點頗受青睞，但也存在著一個嚴重問題：根據針孔相機模型，單相機變形測試受物體離面位移影響嚴重。為了消除離面位移影響，通常需要得到離面位移的大小，并進行補償，根據已有分析，必須已知相機物距的準確值。

對于相機物距的標定，有兩種常用方法：一是采用已知厚度的標定板，放置在相機正前方，根據成熟的相機標定方法來得到；二是利用平移臺進行標定，即平移物體，利用針孔模型進行求解。然而，這兩種方法在標定時都需要直接接觸物體，這對于有些無法發生接觸的場合顯然不適合。

發明內容

為了解決現有相機物距標定方法存在的問題，本發明旨在提供一種基于光學折射的相機物距標定方法，利用透明平板光學折射現象與數字圖像相關技術相結合的相機物距標定方法。使用該方法進行標定，無需與物體發生直接接觸，只需在鏡頭前放置一塊厚度與折射率已知的透明平板，并采集平板放置前、后的共兩幅圖像，再根據數字圖像相關技術和折射模型計算得到精確的相機物距，即可實現相機物距的原位標定。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于光學折射的相機物距標定方法，該方法基于一臺數字相機、一個成像鏡頭、厚度與折射率均已知的透明平板、承載數字相機的三腳架及計算機數據處理裝置，具體包括以下步驟：

在待測目標表面噴制隨機分布的散斑；

將數字相機與成像鏡頭相連后，固定放置于三腳架上并進行調節，使得光軸與待測目標表面垂直；

將透明平板放置于數字相機鏡頭正前方，在放置透明平板的前、后時刻分別采集一幅待測目標的散斑圖像得到參考散斑圖像和目標圖像；

計算機數據處理裝置包括相關運算模塊和后處理模塊，相關運算模塊在采集到的參考散斑圖像中選擇感興趣區域并與目標圖像進行計算，獲取感興趣區域內的位移場信息；后處理模塊對感興趣區域內的位移場信息進行處理得到應變場信息，并對應變場信息取平均值，再根據折射模型計算得到相機物距。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述透明平板為玻璃平板。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述玻璃平板的折射率n＝1.5168。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述后處理模塊采用的折射模型為：

其中，分別為0階、1階、2階折射模型；Y為待測目標上目標點的坐標，ΔY為待測目標上目標點的坐標移動量；d為透明平板厚度，n為折射率，Y_max為計算區域的邊緣點到圖像中心的物理距離，Z為待標定的相機物距。

本發明采用上述技術方案，能產生如下技術效果：