CN108955555B - 高精度高温变形测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种高精度高温变形测量方法，包括：将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色散斑涂装于所述基色上；获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到；确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置；确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像；根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量。

Description

高精度高温变形测量方法

技术领域

本发明涉及材料测试领域，尤其涉及一种高精度高温变形测量方法。

背景技术

航空航天、汽车、发动机、船舶等领域的高速发展，使得应用在这些领域的材料引起人们的广泛关注，由于这些材料在工作过程中会产生较为严重的摩擦发热现象，为了保证产品安全可靠地运行，需要测量材料高温环境下材料的形变。

目前，大多采用数字图像相关方法测量高温物体表面形变。数字图像相关方法是一种基于可见光照明的位移形变测量技术，但热气流扰动常常影响形变测量的准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种高精度高温变形测量方法，能够更准确的进行变形测量。

本发明实施例采用如下技术方案：

一种高精度高温变形测量方法，包括：

将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色散斑涂装于所述基色上；

获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到；

确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置；

确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像；

根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量。

可选的，所述确定所述参考图像上的目标点包括：

确定所述参考图像上的目标区域，所述目标区域的中心点为所述目标点。

可选的，所述确定所述目标图像上的位置包括：

根据

在所述目标图像上的定位所述目标区域，所述目标图像上所述目标区域的中心点为所述目标点位置；其中，f(x_i,y_i)为所述参考图像的灰度分布，

为所述参考图像的平均灰度，g(x_i',y_i')为所述目标图像的灰度分布，

为所述目标图像的平均灰度。

可选的，所述根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量包括：

确定所述参考图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

确定所述目标图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

根据所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移；

根据所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移；

将所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移，与所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移之差，作为所述目标图像上所述待测件去除热扰动误差后的真实形变量。

可选的，所述第一基色为白色、所述第二颜色散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器；

或者，所述第一基色为蓝色、所述第二颜色散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器。

可选的，所述第一基色为白色、所述第二颜色散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器时，所述LED灯为蓝色光源LED灯；

所述第一基色为蓝色、所述第二颜色散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器时，所述LED灯为绿色光源LED灯。

一种应用高精度高温变形系统进行变形测量的方法，所述高精度高温变形系统包括：高温炉，拉伸机，彩色相机，带通滤光片，彩色激光器，毛玻璃，LED灯，处理装置；

所述方法包括：

将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑后固定在所述高温炉中，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色散斑涂装于所述基色上；

使用所述LED灯作为照明光源，在所述待测件后方放置所述毛玻璃，并使所述彩色激光器直接照射到所述毛玻璃上，经所述毛玻璃漫反射后照射到所述待测件表面，在所述待测件表面生成与所述彩色激光器颜色相同的激光散斑；

控制所述高温炉温度使得所述待测件发生形变；

所述彩色相机配合所述带通滤光片，在所述待测件形变过程中拍摄所述待测件在高温形变过程中的图像序列；

所述处理装置获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件置于高温环境中受彩色激光器和所述LED灯共同照射得到；

确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置；

确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像；

根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量。

可选的，所述确定所述参考图像上的目标点包括：

确定所述参考图像上的目标区域，所述目标区域的中心点为所述目标点。

可选的，所述确定所述目标图像上的位置包括：

根据

在所述目标图像上的定位所述目标区域，所述目标图像上所述目标区域的中心点为所述目标点位置；其中，f(x_i,y_i)为所述参考图像的灰度分布，

为所述参考图像的平均灰度，g(x_i',y_i')为所述目标图像的灰度分布，

为所述目标图像的平均灰度。

可选的，所述根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量包括：

确定所述参考图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

确定所述目标图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

根据所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移；

根据所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移；

将所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移，与所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移之差，作为所述目标图像上所述待测件去除热扰动误差后的真实形变量。

基于上述技术方案的高精度高温变形测量方法，通过将待测件涂装第一颜色的基色，基色上涂装与第一颜色不同的第二颜色的散斑，获取待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到形变过程中的图像序列，确定参考图像上的目标点，记录目标点在未发生高温形变的图像上的位置，确定目标点在目标图像上的位置，目标图像为图像序列中的一张图像，根据目标点在参考图像上的位置及目标点在目标图像上的位置，确定在目标图像上待测件的形变量。从而根据待测件形变图形上目标点的位置得到待测件的形变量，以实现更准确的进行变形测量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例示出的高精度高温变形测量方法的流程图。

图2为本发明实施例示出的确定在目标图像上待测件形变量的流程图。

图3为本发明实施例示出的待测件图像上目标区域匹配示意图。

图4为本发明实施例示出的光束变化示意图。

图5为本发明实施例示出的位移变化示意图。

图6为本发明实施例示出的高精度高温变形测量系统的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明实施例基于彩色相机的非接触，高精度的高温全场变形测量方法，首先，向待测件表面赋予两种不同颜色的灰度信息，以用于数字图像相关计算，然后利用彩色相机连续采集实验过程中的图片并将每帧图片通道分离，这将使得每一组分离的单通道图片都是同一时刻同一角度且同一状态下的，从而尽可能多地控制了影响测量结果的因素，极大地提高了测量精度。此外该方法与数字图像相关方法相结合可以分别测得同一时刻同一区域内的热扰动信息和待测件表面的受损位移信息，对两者建立合适的数学模型即可消除热气流扰动的影响，实现高精度的全场测量。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供一种高精度高温变形测量方法，包括：

11、将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色散斑涂装于所述基色上。

在一个实施例中，所述第一基色为白色、所述第二颜色散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器；

或者，所述第一基色为蓝色、所述第二颜色散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器。

在一个实施例中，所述第一基色为白色、所述第二颜色散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器时，所述LED灯为蓝色光源LED灯；所述第一基色为蓝色、所述第二颜色散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器时，所述LED灯为绿色光源LED灯。

12、获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到。

13、确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置。

14、确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像。

15、根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量。

具体的，绿色通道的灰度信息是由毛玻璃漫反射后产生的光斑决定的，不会随着待测件的移动而改变，它的偏移量可以看成是单纯由热气流扰动造成的。而蓝色通道的灰度信息是由待测件表面喷制的散斑决定的，会随着待测件的移动而改变，同时也会受到热气流扰动的影响，因此蓝色通道所承载的灰度信息既包括待测件本身的位移量，又包括受热扰动影响而产生的位移量。因此，将蓝色通道求出的位移量减去绿色通道求得的位移量可以将热气流扰动消除，得到待测件真实的位移量。

在一个实施例中，将蓝色通道和绿色通道分别得到的位移信息相减，可以直接得到待测件去除热气流扰动后的真实形变量。

在一个实施例中，所述确定所述参考图像上的目标点包括：

确定所述参考图像上的目标区域，所述目标区域的中心点为所述目标点。

在一个实施例中，所述确定所述目标图像上的位置包括：

根据

在所述目标图像上的定位所述目标区域，所述目标图像上所述目标区域的中心点为所述目标点位置；其中，f(x_i,y_i)为所述参考图像的灰度分布，

为所述参考图像的平均灰度，g(x_i',y_i')为所述目标图像的灰度分布，

为所述目标图像的平均灰度。

本发明实施例中，将待测件喷漆处理后，按照时间顺序采集一组待测件图像序列，将待测件的一幅未形变的图像作为参考图像。在一个实施例中，图像序列从待测件未形变即开始采集，则该参考图像可以为图像序列的第一幅图像，图像序列中其余为变形图像。

在一个实施例中，在参考图像中选择一块所述目标区域，然后在每一张变形图像上通过相关公式找到该目标区域，变形图像上子区域的中心点坐标和参考图像子区域中心点坐标之差即为位移值。

本发明实施例中，一幅完整的彩色图像，是由红色绿色蓝色三个通道(红绿蓝)组成的，他们共同作用产生了完整的图像。每个通道都显示为一幅灰度图像。某个通道的灰度图像中的明暗对应该通道色的明暗，从而表达出该色光在整体图像上的分布情况。每幅图像三个通道可以分别得到一幅灰度图像。

具体的，可以利用opencv中的split()函数将可以将一副彩色图像的红绿蓝三个通道分别提取出来。

在一个实施例中，如图2所示，上述步骤15根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量包括：

151、确定所述参考图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标。

具体的，将采集到的一系列图片通道分离，会分别得到一系列蓝色通道的图片和一系列绿色通道的图片。对两组图片序列分别用数字图像相关方法进行计算，以每个通道的第一张图片为参考图像(未发生形变)，其余为变形图像，即可利用公式求出每一张图像蓝色通道及绿色通道的位移。

152、确定所述目标图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标。

153、根据所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移。

154、根据所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移。

155、将所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移，与所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移之差，作为所述目标图像上所述待测件去除热扰动误差后的真实形变量。

本发明实施例，通过采集喷涂散斑(例如黑白色)的被测试样变形过程中的散斑图像序列，图像序列中第一幅图像称为参考图像(未发生形变)，其余图像称为变形图像，由于散斑随机生成，因此选定的目标区域内的灰度特征具有唯一性。基于待测件形变前后表面灰度场的特征匹配来获取位移应变等三维信息。如图3所示特征匹配的过程，即在变形图像上找到与参考图像上的点P₀(x₀,y₀)和Q₀(x₀,y₀)相关系数最大的点P₁(x₁,y₁)和Q₁(x₁,y₁)。具体的，可以在参考图像上选取(2M+1)×(2M+1)大小的正方形子区域作为目标区域，对每一张变形图像采用相关公式搜索出与参考图像上各点相关系数最大的位置，通过各对应点坐标的相对变化计算出相应的位移和应变值，具体可以通过上述式(1)计算得到。

折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。在理想的均匀介质中，光线是沿着直线传播的，而当折射率变化时，光线也会发生一定的偏折。

在高温环境下，由于空间局部温度分布不均匀，导致空气密度分布不均。在空气成分较为稳定的情况下，空气的折射率主要取决于密度分布，因此热流场中空气密度地不断变化造成了待测件不停抖动、模糊等等,无法观测到目标的真实图像，气体密度和折射率之间的关系可以通常用Gladstone-Dale公式(2)表示

(n-1)/ρ＝K_GD, (2)

式中，K_GD是表征气体特性的常数，由Gladstone和Dale定义为折射度，也称为折射性，它是光波波长的弱函数，在一定条件下几乎与温度和压力无关，在空气中对于可见光波长K_GD≈2.27×10^-4m³/kg，ρ是气体密度，n是气体折射率。

由Gladstone-Dale公式可知，高温环境下空气的折射率在时间和空间两个维度上都是毫无规律可循的。如图4所示，一束平行的入射光线经过非均匀介质后，由于折射率不断发生变化，最终的折射光线也各不相同。折射光线的差异，会导致待测件的各个位置在CCD靶面所成的像会因为光线的偏折程度不同而产生不同的偏移，如图5所示，点T(x_t,y_t)为待测件上某一点理论成像的位置，而点R(x_r,y_r)为该点受热气流折射率影响实际成像的位置，△x、△y分别代表该点在x和y方向的成像偏移量。

本发明实施例的高精度高温变形测量方法，通过将待测件涂装第一颜色的基色，基色上涂装与第一颜色不同的第二颜色的散斑，获取待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到形变过程中的图像序列，确定参考图像上的目标点，记录目标点在未发生高温形变的图像上的位置，确定目标点在目标图像上的位置，目标图像为图像序列中的一张图像，根据目标点在参考图像上的位置及目标点在目标图像上的位置，确定在目标图像上待测件的形变量。从而根据待测件形变图形上目标点的位置得到待测件的形变量，以实现更准确的进行变形测量。

实施例2

本发明实施例提供一种应用高精度高温变形系统进行变形测量的方法，如图6所示，所述高精度高温变形系统包括：高温炉61，拉伸机62，彩色相机63，带通滤光片64，彩色激光器65，毛玻璃66，LED灯67，处理装置68；

该变形测量方法包括：

将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑后固定在所述高温炉中，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色散斑涂装于所述基色上；

在一个实施例中，所述第一基色为白色、所述第二颜色散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器；所述第一基色为白色、所述第二颜色散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器时，所述LED灯为蓝色光源LED灯。

在一个实施例中，所述第一基色为蓝色、所述第二颜色散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器。所述第一基色为蓝色、所述第二颜色散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器时，所述LED灯为绿色光源LED灯。

使用所述LED灯67作为照明光源，在所述待测件后方放置所述毛玻璃66，并使所述彩色激光器63直接照射到所述毛玻璃66上，经所述毛玻璃66漫反射后照射到所述待测件69表面，在所述待测件表面生成与所述彩色激光器颜色相同的激光散斑；

控制所述高温炉61温度使得所述待测件69发生形变；

所述彩色相机63配合所述带通滤光片，在所述待测件69形变过程中拍摄所述待测件69在高温形变过程中的图像序列；

所述处理装置68获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件69在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件69置于高温环境中受彩色激光器和所述LED灯共同照射得到；

确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置；

确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像；

根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量。

在一个实施例中，所述确定所述参考图像上的目标点包括：

确定所述参考图像上的目标区域，所述目标区域的中心点为所述目标点。

在一个实施例中，所述确定所述目标图像上的位置包括：

根据

在所述目标图像上的定位所述目标区域，所述目标图像上所述目标区域的中心点为所述目标点位置；其中，f(x_i,y_i)为所述参考图像的灰度分布，

为所述参考图像的平均灰度，g(x_i',y_i')为所述目标图像的灰度分布，

为所述目标图像的平均灰度。

在一个实施例中，所述根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量包括：

确定所述参考图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

确定所述目标图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

根据所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移；

根据所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移；

将所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移，与所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移之差，作为所述目标图像上所述待测件去除热扰动误差后的真实形变量。

本发明实施例的应用高精度高温变形系统进行变形测量的方法的具体实现过程可以参照上述实施例1的变形测量的方法，此实施例不赘述。

本发明实施例利用彩色相机配合双带通滤光片采集图像，提取每张图片蓝色通道和绿色通道的灰度信息，并利用数字图像相关方法分别对其计算。绿色通道的灰度信息是由毛玻璃漫反射后产生的光斑决定的，不随着待测件的移动而改变，它的偏移量可以看成是单纯由热气流扰动造成的。而蓝色通道的灰度信息是由待测件表面喷制的散斑决定的，它会随着待测件的移动而改变，同时也会受到热气流扰动的影响，蓝色通道所承载的灰度信息既包括待测件本身的位移量，又包括受热扰动影响而产生的位移量。将这两个通道的灰度信息相减即可消除热气流扰动带来的误差，从而更准确的得出形变量。

本发明实施例的高精度高温变形测量方法，对彩色相机采集到的每一张图片进行蓝绿通道的分离，得到的每一组单通道图片都是同一时刻同一角度且同一状态下的，因此该方法排除了所有可能影响测量结果的因素，极大地提高了测量精度。由于高温环境下的热气流扰动在时间和空间上都是杂乱无章的，将该方法与数字图像相关方法相结合可以得到同一时刻热扰动和待测件表面的全场位移信息，对两者进行实时相减即可实现高精度的全场测量。

本发明实施例的高精度高温变形测量方法，可以有效提取并消除热扰动的影响，提高高温测量的精度，能够对任何复杂的高温测量环境进行热扰动的修正，利用数字图像相关算法对蓝绿通道的散斑图分别进行处理，再将得到的结果进行实时相减，可以实现快速、高精度的全场测量。

本发明实施例的高精度高温变形测量方法，通过将待测件涂装第一颜色的基色，基色上涂装与第一颜色不同的第二颜色的散斑，获取待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到形变过程中的图像序列，确定参考图像上的目标点，记录目标点在未发生高温形变的图像上的位置，确定目标点在目标图像上的位置，目标图像为图像序列中的一张图像，根据目标点在参考图像上的位置及目标点在目标图像上的位置，确定在目标图像上待测件的形变量。从而根据待测件形变图形上目标点的位置得到待测件的形变量，以实现更准确的进行变形测量。

实施例3

本发明实施例结合实例详细说明本发明实施例的高精度高温变形测量方法。

本发明实施例应用图6所示的系统，将待测件固定在微位移平台上，使用绿光LED灯提供准单色照明，彩色相机垂直待测件放置，并在彩色相机后方放置一块漫反射板，蓝光激光器直接照射到漫反射板上，通过其反射后会在待测件表面投射出如图5所示的蓝色光斑，并且该光斑中包含一定的灰度信息。同时用哑光喷漆在待测件表面人工制作散斑，在绿光LED灯的照明下，同样也会产生一定的灰度信息。

本发明实施例利用彩色相机配合双带通滤光片采集图像，提取每张图像蓝色通道和绿色通道的灰度信息，并利用数字图像相关方法分别对其计算。蓝色通道的灰度信息是由漫反射板反射后产生的光斑决定的，它不会随着待测件的移动而改变，所以它的偏移量可以看成是单纯由热气流扰动造成的。而绿色通道的灰度信息是由待测件表面喷制的散斑决定的，它会随着待测件的移动而改变，同时也会受到热气流扰动的影响，因此绿色通道所承载的灰度信息既包括待测件本身的位移量，又包括受热扰动影响而产生的位移量，利用这两个通道的灰度信息将热气流扰动带来的误差从实验结果中提取出来并加以补偿。

本发明实施例中蓝绿两个通道的灰度信息不相互干扰，即在蓝色通道中只能包含激光器产生的蓝色光斑，而绿色通道中只能包含待测件表面喷制的人工散斑。本发明实施例采用蓝色漆作为待测件表面的底色，用白色喷漆制作散斑点。由于蓝色和白色漆都可以反射蓝色激光产生的光斑，因此待测件表面的喷漆不会对蓝色光斑产生影响，绿光LED灯也不会影响到蓝色通道。同时，在绿光的照明下，蓝色漆会吸收绿光呈现黑色，而白色漆会反射绿光呈现绿色，因而待测件在绿色通道中会表现为黑底白斑的散斑图案，并且蓝色光斑不会影响到绿色通道。

作为对比，本发明实施例采用常规方法制作了一个白底黑漆的待测件，当把蓝色激光光斑照射到该待测件上后，可以观测到大块黑点的存在，这是由于黑色会吸收蓝色的光斑，从而在图片中呈现出大范围的黑色，对应蓝色通道中的图片也可以观测到大量黑点。由于这些黑点是待测件上的黑色漆点造成的，若待测件发生位移，那么蓝色通道中的灰度信息必然会受到待测件移动和热气流扰动的双重影响，从而达不到用蓝色通道单纯测量热气流扰动的目的，因此必须要用特殊的蓝底待测件。

本发明实施例，待测件的固定方式为，用平口夹板将待测件紧密固定并通过螺钉将夹板的底座固定到微位移平台上，使两者不能产生相对移动，微位移平台的精度为1微米。根据图6搭建出的高精度高温变形系统，工作距离为80mm，长焦镜头(computar 75mm)和分辨率为1624×1236，成像速度为15帧每秒的彩色相机(JAI AD-130GE)用于采集待测件的图像。由于经漫反射板反射后的光斑能量损耗较大，亮度较低，故应调大镜头的光圈，为了防止绿色通道过曝的情况存在，调整绿光LED灯与相机光轴之间的角度为30度。蓝色激光器的摆放只需要保证反射后的光斑能照射到待测件上即可。加热灯放置在微位移平台的左侧。

本发明实施例彩色相机采集一张待测件的图像并将其蓝绿通道分离，彩色相机采集到的原图及处理后的两个通道的图片。蓝绿通道的信息没有相互影响，也证明了采用该待测件的方法可行。

需要说明的是，基色颜色、斑点的颜色、激光器发出激光的颜色，在其他实施例中可以变更，满足基色与半点不同色，激光器发出的激光颜色和照明光源的颜色不一样，和待测件表面彩色喷漆的颜色一样即可。

本发明其他实施例中，白色喷漆作为待测件的底色，并用绿色喷漆在待测件上制作散斑，将待测件固定在高温炉中，使用蓝光LED灯作为照明光源。在高温炉前方放置一块毛玻璃，并使绿光激光器直接照射到毛玻璃上，经毛玻璃漫反射后产生的效果较好的激光散斑会照射到待测件表面。对待测件进行力加载，加载过程中利用彩色相机配合带通滤光片采集一组图片，分别提取每张图片蓝色通道和绿色通道的信息，由于激光散斑是绿色，不会受到待测件表面白底绿漆的干扰，因此采用数字图像相关方法对绿色通道的散斑信息加以计算可以得到受热扰动影响的位移值，而白底绿漆在蓝色通道中得到的是黑白相间的散斑图，其承载的信息既包括待测件本身位移量，又包括受热扰动影响而产生的位移量。因此，将蓝色通道和绿色通道分别得到的位移信息相减即可修正高温测量中的热气流扰动。

本发明实施例的高精度高温变形测量方法，对彩色相机采集到的每一张图片进行蓝绿通道的分离，得到的每一组单通道图片都是同一时刻同一角度且同一状态下的，因此该方法排除了所有可能影响测量结果的因素，极大地提高了测量精度。由于高温环境下的热气流扰动在时间和空间上都是杂乱无章的，将该方法与数字图像相关方法相结合可以得到同一时刻热扰动和待测件表面的全场位移信息，对两者进行实时相减即可实现高精度的全场测量。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

Claims (6)

1.一种高精度高温变形测量方法，其特征在于，包括：

将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色的散斑涂装于所述基色上；

获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件置于高温环境中受彩色激光器和LED灯共同照射得到；

确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置；

确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像；

根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量；

其中：所述根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量，包括：

确定所述参考图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

确定所述目标图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

根据所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移；

根据所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移；

将所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移，与所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移之差，作为所述目标图像上所述待测件去除热扰动误差后的真实形变量；所述第一颜色为白色、所述第二颜色的散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器时，所述LED灯为蓝色光源LED灯；

所述第一颜色为蓝色、所述第二颜色的散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器时，所述LED灯为绿色光源LED灯。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述参考图像上的目标点包括：

确定所述参考图像上的目标区域，所述目标区域的中心点为所述目标点。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述确定所述目标点在目标图像上的位置包括：

根据

在所述目标图像上定位所述目标区域，所述目标图像上所述目标区域的中心点为所述目标点位置；其中，f(x_i,y_i)为所述参考图像的灰度分布，

为所述参考图像的平均灰度，g(x_i',y_i')为所述目标图像的灰度分布，

为所述目标图像的平均灰度。

4.一种应用高精度高温变形系统进行变形测量的方法，其特征在于，所述高精度高温变形系统包括：高温炉，拉伸机，彩色相机，带通滤光片，彩色激光器，毛玻璃，LED灯，处理装置；

所述方法包括：

将待测件涂装第一颜色的基色，第二颜色的散斑后固定在所述高温炉中，所述第一颜色与所述第二颜色为不同色，所述第二颜色的散斑涂装于所述基色上；

使用所述LED灯作为照明光源，在所述待测件后方放置所述毛玻璃，并使所述彩色激光器直接照射到所述毛玻璃上，经所述毛玻璃漫反射后照射到所述待测件表面，在所述待测件表面生成与所述彩色激光器颜色相同的激光散斑；

控制所述高温炉温度使得所述待测件发生形变；

所述彩色相机配合所述带通滤光片，在所述待测件形变过程中拍摄所述待测件在高温形变过程中的图像序列；

所述处理装置获取所述待测件在未发生高温形变的参考图像，并获取所述待测件在高温形变过程中的图像序列，所述图像序列由所述待测件置于高温环境中受彩色激光器和所述LED灯共同照射得到；

确定所述参考图像上的目标点，记录所述目标点在所述未发生高温形变的图像上的位置；

确定所述目标点在目标图像上的位置，所述目标图像为所述图像序列中的一张图像；

根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量；

其中：所述根据所述目标点在所述参考图像上的位置及所述目标点在所述目标图像上的位置，确定在所述目标图像上所述待测件的形变量，包括：

确定所述参考图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

确定所述目标图像蓝色通道图像及绿色通道图像上所述目标点的位置坐标；

根据所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像蓝色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移；

根据所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，与所述参考图像绿色通道图像上所述目标点的位置坐标，确定所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移；

将所述目标图像蓝色通道图像上所述目标点的位移，与所述目标图像绿色通道图像上所述目标点的位移之差，作为所述目标图像上所述待测件去除热扰动误差后的真实形变量；所述第一颜色为白色、所述第二颜色的散斑为绿色、所述彩色激光器为绿色激光器时，所述LED灯为蓝色光源LED灯；

所述第一颜色为蓝色、所述第二颜色的散斑为白色、所述彩色激光器为蓝色激光器时，所述LED灯为绿色光源LED灯。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述参考图像上的目标点包括：

确定所述参考图像上的目标区域，所述目标区域的中心点为所述目标点。

6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述确定所述目标点在目标图像上的位置包括：

根据

在所述目标图像上定位所述目标区域，所述目标图像上所述目标区域的中心点为所述目标点位置；其中，f(x_i,y_i)为所述参考图像的灰度分布，

为所述参考图像的平均灰度，g(x_i',y_i')为所述目标图像的灰度分布，

为所述目标图像的平均灰度。

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