CN108181022A - 基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法，涉及图像处理技术领域。本发明在示温漆测试物体表面温度的基础上，采用光学测量的方法结合三维模型构建技术，形成物体表面温度场自动判读方法，提高了自动判读的精度，同时自动生成三维的温度分布场。

Description

基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法。
背景技术
示温漆是一种利用颜色变化来指示物体表面温度及温度分布的特种涂料，其原理是涂层被加热到一定温度时，涂料中对热敏感的颜料发生某些物理或化学变化，导致分子结构、分子形态的变化，致使外在的表面变化，借以指示温度，又称为变色涂料或热敏涂料。
示温漆最早用来测定飞机涡轮发动机叶片、燃烧室、喷嘴等处的温度。通过传统的滑环引电器盒复合热电偶来测量旋转部件，如涡轮叶片的实际温度是非常昂贵和困难的，而且只能测量单点的温度。类似的，高频高温技术也只能给出高温计探头对准的部件上的探测点温度。而示温漆则可以提供一个永久的、简单和成本低的方法来解决对静止和转动部件上测温所遇到的问题。
然而，传统的示温漆自动判读方法主要基于平面的比色板形成的数据库，采用单个镜头，采集颜色数据，但是在曲面的结构中，单个镜头容易无法分辨三维结构的层次，因而造成判读精度难以提高。
受拍摄环境等诸多因素影响，采集的示温漆图像通常有一定失真，即RGB值存在偏差，这也会给温度识别带来较大误差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现物体表面温度场三维重构。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法，包括以下步骤：
步骤1、利用三脚架云台支撑CCD数字摄像机，组建形成近景摄像测量系统；
步骤2、通过控制所述CCD数字摄像机在水平和垂直方向旋转，以控制拍摄每张影像的方位，对待测物件进行一系列连续影像数据的拍摄，并得到影像中的三维点云数据；利用Delaunay三角网构法，对获得的三维点云数据进行处理，得到三维几何表面模型；
步骤3、采用不可逆多变色或者单变色的示温漆喷涂于待测物件表面，待示温漆固化后，将待测物件开展试验，使得待测物件表面发生不可逆变色现象；
步骤4、利用所述近景摄像测量系统对步骤3处理后得到的待测物件表面进行拍摄得到待测物件表面的温度图像，对所述温度图像进行图像处理，获取待测物件表面的温度分布图，利用re-projection重投影法，建立待测物件表面温度分布图中的温度场与三维几何表面模型中的三维坐标位置之间的关系；
步骤5、根据示温漆表面颜色的变化规律确定温度与颜色之间的编码关系，再根据温度场与三维坐标位置之间的关系，把温度图像中的数据以颜色纹理的形式一一对应到三维几何表面模型的表面，从而实现待测物件表面温度场三维重构。
优选地，步骤3中，示温漆的喷涂厚度为20至40微米，
优选地，步骤4中所述图像处理包括依次进行图像增强、图像分割及聚类处理。
优选地，步骤5中，对示温漆表面颜色的变化规律数据采用牛顿插值算法进行颜色数据拟合，确定温度与颜色之间的编码关系。
优选地，所述待测物件为发动机部件。
(三)有益效果
本发明在示温漆测试物体表面温度的基础上，采用光学测量的方法结合三维模型构建技术，形成物体表面温度场自动判读方法，提高了自动判读的精度，同时自动生成三维的温度分布场。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法，包括以下步骤：
步骤1、利用三脚架云台支撑CCD数字摄像机，组建形成近景摄像测量系统；CCD数字摄像机可连接工控机用于进行数据存储和处理；
步骤2、通过控制所述CCD数字摄像机在水平和垂直方向旋转，以控制拍摄每张影像的方位，对待测物件进行一系列连续影像数据的拍摄，并得到影像中的三维点云数据(拍摄得到的照片中的像素都有特定的几何信息)，存储在工控机的SD卡上，存储的数据包括相机型号、镜头内参数、每张影像的方位参数等参数数据；利用Delaunay三角网构法，对获得的三维点云数据进行处理，得到三维几何表面模型；本实施例中所述待测物件为发动机部件。
步骤3、采用不可逆多变色或者单变色的示温漆喷涂于待测物件表面，示温漆的喷涂厚度为20至40微米，待示温漆固化后，将待测物件开展试验，使得待测物件表面发生不可逆变色现象；
步骤4、利用所述近景摄像测量系统对步骤3处理后得到的待测物件表面进行拍摄得到待测物件表面的温度图像，对所述温度图像依次进行图像增强、图像分割及聚类处理，获取待测物件表面的温度分布图，利用re-projection重投影法，建立待测物件表面温度分布图中的温度场与三维几何表面模型中的三维坐标位置之间的关系；
步骤5、根据示温漆表面颜色的变化规律(不同的颜色与不同的温度有特定的关系，例如红色对应1000度)，对示温漆表面颜色的变化规律数据采用牛顿插值算法进行颜色数据拟合，确定温度与颜色之间的编码关系，再根据温度场与三维坐标位置之间的关系，把温度图像中的数据以颜色纹理的形式一一对应到三维几何表面模型的表面，从而实现待测物件表面温度场三维重构。
可以看出，本发明根据示温漆特性，将物体表面的温度分布转化为物体表面的颜色分布，在此基础上，通过图像增强、分隔、聚类等处理，依据影像和物件的相对位置姿态关系，利用重投影法，建立二维温度场和三维坐标关系，再利用映射算法，将温度以颜色的形式赋值在物体表面。利用本发明的方法实现的温度分辨精度可达10摄氏度。
另外，利用本发明的近景摄像测量系统实现本发明的方法，还具有如下优点：高精度：CCD数字摄像机可以为双相机系统，可以达到测量精度优于0.2mm/3～5m；非接触测量：光学摄影的测量方式，无需接触待测物件；测量速度快：相机拍照操作简易；可以在不稳定的环境中测量(温度，震动)，测量时间短受温度影响小；便携性好：特别适合狭小空间的测量，只要0.5m空间即可拍照、测量，1人即可携带到现场或外地开展测量工作；数据丰富：像点可由计算机软件自动提取并量测，重建速度快，数据量大；适应性好：被测物尺寸从0.5m到100m尺度均可用一套系统进行测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于示温漆测试技术的物体表面温度场三维重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用三脚架云台支撑CCD数字摄像机，组建形成近景摄像测量系统；
步骤2、通过控制所述CCD数字摄像机在水平和垂直方向旋转，以控制拍摄每张影像的方位，对待测物件进行一系列连续影像数据的拍摄，并得到影像中的三维点云数据；利用Delaunay三角网构法，对获得的三维点云数据进行处理，得到三维几何表面模型；
步骤3、采用不可逆多变色或者单变色的示温漆喷涂于待测物件表面，待示温漆固化后，将待测物件开展试验，使得待测物件表面发生不可逆变色现象；
步骤4、利用所述近景摄像测量系统对步骤3处理后得到的待测物件表面进行拍摄得到待测物件表面的温度图像，对所述温度图像进行图像处理，获取待测物件表面的温度分布图，利用re-projection重投影法，建立待测物件表面温度分布图中的温度场与三维几何表面模型中的三维坐标位置之间的关系；
步骤5、根据示温漆表面颜色的变化规律确定温度与颜色之间的编码关系，再根据温度场与三维坐标位置之间的关系，把温度图像中的数据以颜色纹理的形式一一对应到三维几何表面模型的表面，从而实现待测物件表面温度场三维重构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，示温漆的喷涂厚度为20至40微米。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述图像处理包括依次进行图像增强、图像分割及聚类处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，对示温漆表面颜色的变化规律数据采用牛顿插值算法进行颜色数据拟合，确定温度与颜色之间的编码关系。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述待测物件为发动机部件。
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