[發(fā)明專利]一種三維測(cè)量表面溫度場(chǎng)重建方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011367025.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN112614215A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T15/55
• 分類號(hào): G06T15/55;G06T17/00;G06F30/20;G06F119/08
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種三維測(cè)量表面溫度場(chǎng)重建方法，自動(dòng)地對(duì)噴涂了示溫漆的高溫處理后的工業(yè)零部件表面溫度進(jìn)行數(shù)字化判讀。方法包括：使用投影設(shè)備照射出結(jié)構(gòu)光，照射到待測(cè)物體表面；相機(jī)對(duì)物體進(jìn)行拍照，三維重建，獲得三維表面溫度場(chǎng)模型。其中，所述三維重建步驟包括結(jié)構(gòu)光解碼匹配和三角測(cè)量；所述三維表面溫度場(chǎng)模型是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣片比色板數(shù)據(jù)建立的溫度與顏色對(duì)照表，自動(dòng)數(shù)字化解析出三維模型表面的溫度信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)自動(dòng)建模和溫度測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及結(jié)構(gòu)光三維掃描和示溫漆圖像判讀。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域中，許多零部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片等，需要在高溫下進(jìn)行有效性和持久性測(cè)試，要進(jìn)行熱端部件的耐熱性能測(cè)量。目前示溫漆經(jīng)常會(huì)被用來(lái)作為溫度測(cè)量的媒介。示溫漆是一種功能性涂料，在溫度上升時(shí)其顏色發(fā)生變化，溫度下降時(shí)顏色不變。在經(jīng)過(guò)高溫處理后，它在不同的峰值溫度下會(huì)固定地呈現(xiàn)出穩(wěn)定的顏色，即形成一種溫度和顏色的對(duì)照關(guān)系。

在進(jìn)行零部件溫度測(cè)量時(shí)，接觸式的溫度測(cè)量是一種常用手段。其基本原理是使用具有感溫元件的溫度測(cè)量?jī)x，充分接觸被測(cè)對(duì)象，使兩者發(fā)生熱交換并最終達(dá)到熱平衡。此時(shí)溫度測(cè)量?jī)x顯示的溫度值就是被測(cè)物體的溫度。這類方法包括鉑電阻測(cè)溫法和熱電偶測(cè)溫法等。但是，這類方法由于會(huì)接觸高溫物體，可能給設(shè)備和人員帶來(lái)一定的危險(xiǎn)；并且由于是接觸式的測(cè)量，每次只能測(cè)量出局部的很小區(qū)域的溫度值，對(duì)于需要大面積測(cè)量的情況，這種方法的效率低。

基于示溫漆的溫度測(cè)量方法發(fā)展多年了，示溫漆可大面積地涂于零部件的表面，可以得到被測(cè)元件表面最高溫度場(chǎng)的連續(xù)分布情況。目前的示溫漆溫度測(cè)量方法可以分為人工判讀和基于數(shù)字圖像的判讀兩類。

人工判讀的方法根據(jù)使用的示溫漆型號(hào)，確定標(biāo)準(zhǔn)比色板。在待測(cè)零部件表面的示溫漆高溫顯色穩(wěn)定后，用筆勾勒出等溫線位置，將零部件的顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡的顏色進(jìn)行比較，通過(guò)人的肉眼判斷來(lái)確定示溫漆所代表的溫度。

然而，人工判讀的方法存在很多的缺陷。首先，人工在識(shí)別色彩的時(shí)候，會(huì)存在很大的差異性，不能很準(zhǔn)確的找出示溫漆變色梯度最大的位置。這就造成對(duì)于同一被測(cè)元件，不同的人所繪制的等溫線，甚至同一人多次繪制的等溫線都會(huì)存在非常大的差異，這就導(dǎo)致等溫線信息的準(zhǔn)確性非常低。其次，人工判讀對(duì)于熟練工的依賴性非常強(qiáng)，如果沒有經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員，示溫漆的判讀會(huì)很困難，這對(duì)于示溫漆應(yīng)用的推廣是十分不利的。另外，人工判讀的效率相對(duì)較低，繪制等溫線往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)降低工程整體效率。

基于數(shù)字圖像的判讀是伴隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，這種方法對(duì)噴涂了示溫漆的零部件表面進(jìn)行拍照，獲得數(shù)字圖像，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字圖像的顏色亮度值分析。同樣根據(jù)示溫漆燒制的標(biāo)準(zhǔn)比色板，提供了基于圖像的示溫漆溫度自動(dòng)判讀方法。

然而，現(xiàn)有的數(shù)字圖像判讀方法，僅能夠重建出基于圖像平面范圍的溫度分布，不具有實(shí)際的空間分布特性。圖像是經(jīng)過(guò)透視投影映射到成像平面的數(shù)據(jù)，其中承載的顏色和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系無(wú)法反映出在被測(cè)零部件表面三維分布情況，沒有坐標(biāo)信息。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問(wèn)題，人工示溫漆溫度判讀方法中，人工判讀精度不穩(wěn)定，同一個(gè)人不同時(shí)刻目視測(cè)量的溫度結(jié)果有差異，且這種方法對(duì)人工的經(jīng)驗(yàn)要求高。而二維數(shù)字圖像示溫漆溫度判讀方法中，圖像二維判讀缺少空間分布信息的問(wèn)題，不能在三維幾何空間進(jìn)行溫度場(chǎng)描述。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供結(jié)構(gòu)光三維掃描方法重建三維模型，所述的三維模型具有顏色紋理，所述的顏色紋理使用示溫漆圖像判讀技術(shù)能夠提取出溫度信息，所述的溫度信息在三維模型上形成了表面溫度場(chǎng)模型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)光三維掃描步驟對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)測(cè)量，獲得數(shù)字化三維模型，同時(shí)結(jié)合示溫漆圖像判讀技術(shù)可以從顏色紋理計(jì)算得到溫度參數(shù)。本發(fā)明突破了人工溫度測(cè)量和二維圖像測(cè)量的局限，能夠高效的獲得三維溫度場(chǎng)模型。其特征在于該方法的步驟如下：