[發明專利]一種基于3D-DIC原理的液面動態波高測量方法

在審

• 申請號: 202111148310.4
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113899528A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 程斌;李得睿;向升
• 申請（專利權）人: 江蘇紋動測控科技有限公司;上海交通大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01F23/292;G06T7/60;G06T7/80
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供了一種基于3D?DIC的液面動態波高測量方法，包括：采集光斑投射在液面的圖像；基于3D?DIC算法計算所述圖像的像素灰度的相關性，通過追蹤所述圖像中各個時刻光斑的大小和形狀變化，獲得各個時刻觀測區域的波高動態分布。本發明基于3D?DIC原理的波面高度測試方法，通過對液面的染色處理，并投射隨機光斑，形成液體表面的標記點供計算機追蹤，合理地將3D?DIC原理應用于液體的測量中。該方法科學原理清晰、實施簡單，相關的識別算法準確有效，實現了將3D?DIC原理從固體領域拓展到流體領域。

技術領域

本發明涉及機器視覺和測量學領域，具體的，涉及一種基于3D-DIC原理的液面動態波高測量方法。

背景技術

作為實驗力學的重要分支，光測力學經過幾十年的發展，其中的各種光學計量方法，如云紋法(包括幾何云紋法、干涉云紋法)、全息干涉、電子散斑干涉、數字圖像相關方法等都已經被成功地運用在實驗力學和斷裂力學中用來測量固體的表面位移。其中，數字圖像相關方法又被稱為數字散斑相關測量(digital speckle correlation measurement)，是基于計算機視覺原理、數字圖像處理和數值計算的、非接觸、非干涉、全場變形光學計量方法，是當前實驗力學領域最活躍、最受關注、應用最廣泛的光測力學方法之一。

應用DIC原理對液體表面進行測量的實例有限，在Application of digitalimage correlation(DIC)to sloshing liquids一文中，作者應用一對CCD相機對水面進行拍攝。兩個相機的分別進行傳統2D-DIC原理測量得到的平面內的位移變化量，再基于相機固有參數和待測物體的幾何關系，通過坐標變換來獲得測點的面外位移。該方法所測得的結果精確程度低、噪聲明顯，相機之間的協同性較差，對于試驗場地的影響極其敏感。

因此，需要一種基于3D-DIC原理的液面動態波高測量方法。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種基于3D-DIC原理的液面動態波高測量方法，對波高進行測量。

根據本發明的一個方面，提供一種基于3D-DIC原理的液面動態波高測量方法，包括：

采集光斑在液面的圖像；

基于3D-DIC算法計算所述圖像的相關性，通過追蹤各個時刻光斑的大小和形狀變化，計算得到各個時刻觀測區域的波高動態分布。

優選地，所述采集光斑在波面的圖像，包括：

S1，對液面進去透明化處理；

S2，向液面投射光斑，在液面的正上方架設兩個工業相機并與計算機連接；

S3，保持兩個工業相機相對位置不變，利用標定板標定兩個相機并在保存標定數據；

S4，施加物理擾動生成水波，按照固定的時間間隔，兩個工業相機同步拍攝波面圖像。

優選地，所述的去透明化處理，可通過對水體進行染色、渾濁等方式，以便呈現清晰的光斑圖像。

優選地，所述光斑的顏色與去水體去透明化后的顏色設置為不同顯色，相互之間存在反差。

優選地，所述光斑具備不規則性，并隨機分布，避免引起噪聲，提高圖像的互匹配的精度。

優選地，所述兩個相機均能夠調節不同的分辨率，可根據實際需要放大或縮小拍攝范圍。機鏡頭前安裝偏振片以降低外界雜散反光的干擾。所述雙工業相機拍攝的拍攝視場可根據實際測試需求可任意調整。兩個相機拍攝同一時刻圖像的同步誤差不大于1秒。

優選地，對兩個工業相機參數標定采用亞光的固體標標定板標定，以減弱雜散光影響。

優選地，所述3D-DIC算法，能夠對波高變化導致光斑發生的形變進行捕捉和測量，計算得到波高變化量。