CN103673912A - 一种散斑相关方法变形测量图像矫正系统 - Google Patents

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于之靖
陶洪伟
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Abstract

一种散斑相关方法变形测量图像矫正系统。其包括外部方位标志、光源、CCD摄像机、相机支架和图像数据采集处理装置；外部方位标志安帖在待测散斑平面中部；光源安装在CCD摄像机的镜头前端并与其同轴；CCD摄像机固定在相机支架上，与图像数据采集处理装置相连接；相机支架用于固定CCD摄像机和光源并保证其相对固定位姿关系；图像数据采集处理装置同时与光源、CCD摄像机通过导线相连。本发明的系统能够在散斑相关方法变形测量过程中对采集散斑图像进行初始姿态估计、对待矫正散斑图上的外部方位标志进行快速识别定位并解算三维坐标，以提高散斑应变测量的灵敏度和速度，并且在一定程度上提高了变形测量的可靠性。

Description

一种散斑相关方法变形测量图像矫正系统
技术领域
本发明属于散斑相关方法变形测量技术领域，特别是涉及一种散斑相关方法变形测量图像矫正系统。
背景技术
视觉测量是机械系统和制造技术的基础支撑之一，是人类认识自然现象和解决工程问题的重要手段之一，在国民经济和国防建设中发挥了举足轻重的作用。近年来，基于数字散斑图像相关的变形测量技术已经成为现代视觉测量领域引人瞩目的测试方法，他综合了几何光学非接触传感、激光优良相干性和方向性，以及电子学和计算机信息处理能力强等的技术特点和优势，成为当前研究应用领域内的主流测量手段之一。凭借其快速、非接触、高精度、适应性好等优点广泛应用于医疗、军工、航空航天等前沿领域。
目前主要的变形测量有电阻应变测量方法和光测力学变形测量方法。随着科技的发展，电阻应变测量不足之处尤为凸显，比如应变片需要粘贴在试件表面，这种接触测量的附加刚度和质量以及对结构的局部损伤是不能忽略的。此外，难以对小试件或软物质测量、电阻应变测量是点测量方法、应变片的应变测量范围有限等成为制约其发展的瓶颈。光测力学变形测量方法有全息干涉、散斑照相术、电子散斑干涉法、云纹方法以及数字散斑相关法。一般为非接触的场测量方法，可获得变形场，而且可测量大变形。但是，大多数光测力学变形测量方法也存在一些不足，比如要求使用激光作为光源，对测量环境要求较高；当用于复杂环境测量（如现场测量）时，一些光测方法的稳定性难以保证，甚至方法的实施也不可能。与其它光测力学变形测量方法相比，数字散斑相关法的优势尤为突出，数字散斑相关法是视觉测量诸多方法中的一种，它采用图像传感作为测量信息的获得手段，以图像作为测量信息的源头和载体，除具有视觉测量的固有特点外，还具有图像信息量大、容错性好等特点，对于实现多参数、自动化、快速测量具有更加突出的优势。但是，由于图像采集过程中相机与待测散斑平面姿态难以精密控制，故采集图像存在一定的畸变失真，这对后续图像的网格划分、相关计算、搜索方式、亚像素定位和灰度重现等具有很大的影响，甚至引入巨大的测量误差，从而降低了散斑变形测量的精度和速度。针对上述变形测量过程中出现的问题，如何克服散斑变形测量中CCD摄像机光轴与待测散斑物平面不垂直带来的影响，并且能够快速检测出散斑图像上特征点的三维坐标和姿态信息，如何第一时间将采集的散斑图像进行校正再进行相关计算都是需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种散斑相关方法变形测量图像矫正系统。
为了达到上述目的，本发明提供的散斑相关方法变形测量图像矫正系统包括：外部方位标志、光源、CCD摄像机、相机支架和图像数据采集处理装置；
其中：外部方位标志安帖在待测散斑平面中部，用于测量待测散斑平面的特征控制点三维坐标及姿态；
光源安装在CCD摄像机的镜头前端并与其同轴，用于为散斑图像采集提供均匀、稳定的光照条件；
CCD摄像机固定在相机支架上，其与图像数据采集处理装置相连接，用于采集散斑相关方法变形测量的散斑图像，并将图像信息传送给图像数据采集处理装置；
相机支架用于固定CCD摄像机和光源并保证其相对固定位姿关系，从而使CCD摄像机能采集到待测散斑平面；
图像数据采集处理装置同时与光源、CCD摄像机通过导线相连，用于对CCD摄像机采集的图像信息进行计算和处理，并实时进行显示。
所述的光源采用Metz的15MS-1环闪光源；CCD摄像机采用FLI的proline-50100。
本发明提供的散斑相关方法变形测量图像矫正系统能够在散斑相关方法变形测量过程中对采集散斑图像进行初始姿态估计、对待矫正散斑图上的外部方位标志进行快速识别定位并解算三维坐标，以提高散斑应变测量的灵敏度和速度，并且在一定程度上提高了变形测量的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的散斑相关方法变形测量图像矫正系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的散斑相关方法变形测量图像矫正系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的散斑相关方法变形测量图像矫正系统包括：外部方位标志1、光源2、CCD摄像机3、相机支架4和图像数据采集处理装置5；
其中：外部方位标志1安帖在待测散斑平面中部，用于测量待测散斑平面的特征控制点三维坐标及姿态，有助于CCD摄像机3快速、准确获得方位标志信息；
光源2安装在CCD摄像机3的镜头前端并与其同轴，用于为散斑图像采集提供均匀、稳定的光照条件，有助于CCD摄像机3获得可靠的、高质量的散斑图像；
CCD摄像机3固定在相机支架4上，其与图像数据采集处理装置5相连接，用于采集散斑相关方法变形测量的散斑图像，并将图像信息传送给图像数据采集处理装置5，通过散斑图像上外部方位标志解算出三维坐标及姿态；
相机支架4用于固定CCD摄像机3和光源2并保证其相对固定位姿关系，从而使CCD摄像机3能采集到待测散斑平面；
图像数据采集处理装置5同时与光源2、CCD摄像机3通过导线相连，用于对CCD摄像机3采集的图像信息进行计算和处理，并实时进行显示。
所述的光源2采用Metz的15MS-1环闪光源；CCD摄像机采用FLI的proline-50100。
现将本发明提供的散斑相关方法变形测量图像矫正系统工作原理阐述如下：当需要对物体变形进行散斑测量时，首先将本散斑相关方法变形测量图像矫正装置放置在待变形测量物体一侧，将外部方位标志1安帖在待测物中部，并使光源2套在CCD摄像机3镜头上，同时使光源2的中心与CCD摄像机3的光轴重合，然后对准待测物体散斑平面，开启本装置进行变形测量。散斑相关方法变形测量图像矫正过程中，CCD摄像机3在光源2的照射下采集待测物数字散斑图像数据，然后传送给图像数据采集处理装置5；图像数据采集处理装置5利用其内安装的软件采用本装置相对于外部方位标志的姿态估计算法、坐标变换方法等对CCD摄像机3采集并传送的数字散斑图像数据进行分析和处理，从而快速定位并获得散斑平面上的外部方位标志的三维坐标和姿态，从而解算出矫正变换式进行散斑图像矫正。

Claims (2)

1.一种散斑相关方法变形测量图像矫正系统，其特征在于：其包括：外部方位标志（1）、光源（2）、CCD摄像机（3）、相机支架（4）和图像数据采集处理装置（5）；
其中：外部方位标志（1）安帖在待测散斑平面中部，用于测量待测散斑平面的特征控制点三维坐标及姿态；
光源（2）安装在CCD摄像机（3）的镜头前端并与其同轴，用于为散斑图像采集提供均匀、稳定的光照条件；
CCD摄像机（3）固定在相机支架（4）上，其与图像数据采集处理装置（5）相连接，用于采集散斑相关方法变形测量的散斑图像，并将图像信息传送给图像数据采集处理装置（5）；
相机支架（4）用于固定CCD摄像机（3）和光源（2）并保证其相对固定位姿关系，从而使CCD摄像机（3）能采集到待测散斑平面；
图像数据采集处理装置（5）同时与光源（2）、CCD摄像机（3）通过导线相连，用于对CCD摄像机（3）采集的图像信息进行计算和处理，并实时进行显示。
2.根据权利要求1所述的散斑相关方法变形测量图像矫正系统，其特征在于：所述的光源（2）采用Metz的15MS-1环闪光源；CCD摄像机采用FLI的proline-50100。
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