CN110146029B

CN110146029B - 一种细长构件准静态全场变形测量装置及方法

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Publication number: CN110146029B
Application number: CN201910452279.XA
Authority: CN
Inventors: 赵健; 付饶; 王羽; 张建忠; 王志奇
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2039-05-28
Also published as: CN110146029A

Abstract

本发明公开了一种细长构件准静态全场变形测量装置和方法，该装置包括摄像机构(1)和驱动机构(2)，其中，所述摄像机构(1)和驱动机构(2)均与细长构件(3)平行设置，所述摄像机构(1)在驱动机构(2)的作用下进行平移，以在多个位置采集细长构件(3)的图像，进而获得细长构件(3)的全景图像；所述方法包括采集细长构件变形前后的全景图像，比较分析后或得细长构件的应变场。本发明所述的测量装置结构简单，成本低廉，所述方法易于操作、图像精度高、测量效率高。

Description

一种细长构件准静态全场变形测量装置及方法

技术领域

本发明涉及细长构件图像采集技术领域，具体涉及一种细长构件准静态全场变形测量装置及方法。

背景技术

数字图像相关(digital image correlation，DIC)技术最初由美国南卡罗来纳州大学的Peters和日本的Yamaguchi于上世纪80年代初分别独立提出，是一种全场形貌、位移和变形测量的基于图像的非接触式光学方法。DIC技术首先使用数字成像设备(光学成像，电子成像及扫描探针成像设备等等)获取被测对象在不同状态下的数字图像，然后使用基于相关性的匹配和数值微分方法进行图像分析，以定量计算被测对象的全场位移和全场应变。

在工程实际应用过程中，很多情况下被监测对象的单一方向尺寸都较大，如土木工程中的梁、柱等细长构件，在使用DIC技术进行应变分析时，若只考虑图像高度方向的尺寸，则宽度方向的有效分辨率会降低；若只考虑图像宽度方向的尺寸，则高度高效尺寸会超出相机的视场范围，不能有效地进行全场测量，由此导致单一相机无法对细长构件的准静态全程变形进行测量。为此，相关研究人员采用多个相机搭建相机矩阵的方法进行拍照，但是需要使用的相机较多，耗资较高，图像获取步骤繁琐，效率低，不方便使用。

因此，有必要提供一种能够有效获得细长构件全照、成本较低、精度和效率高，且获取步骤简单的细长构件准静态全场变形测量装置及方法。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种细长构件准静态全场变形测量装置和方法，该装置包括单个摄像机构、驱动机构和控制机构，摄像机构在驱动机构的作用下进行平移，以在多个位置采集细长构件的图像，进而获得全景图像；所述方法通过对拍摄的图像进行质量评估，自动调整图像重叠区域，进而提高了图像拼接的配准度和效率，从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，提供一种细长构件准静态全场变形测量装置，其中，所述装置包括摄像机构1和驱动机构2，其中，所述摄像机构1和驱动机构2均与细长构件3平行设置，所述摄像机构1在驱动机构2的作用下进行平移，以在多个位置采集细长构件3的图像，进而获得细长构件3的全景图像。

第二方面，提供一种细长构件准静态全场变形测量方法，优选采用第一方面所述的装置进行，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤1，在施加载荷前，采集细长构件的全景图像；

步骤2，对细长构件施加载荷，并采集变形后的全景图像；

步骤3，对施加载荷前后的细长构件进行分析，获得其应变场。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明所提供的细长构件准静态全场变形测量装置，结构简单，仅采用一个摄像机构即能实现细长构件的全景测量，成本低廉，测量效率高，通用性强；

(2)本发明所提供的细长构件准静态全场变形测量方法，易于操作，能够实现对细长构件的全景拍摄，图像分辨率高；

(3)本发明所提供的细长构件准静态全场变形测量方法，在每拍摄完一张图像后进行图像质量评估，能够根据图像质量自动调整图像重叠区域的大小，提高了图像拼接的效率和精度；

(4)本发明所提供的细长构件准静态全场变形测量方法，图像质量评估和摄像机构平移同步进行，提高了测量效率。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的细长构件准静态全场变形测量装置的整体结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式的细长构件准静态全场变形测量装置的侧视结构示意图；

图3示出本发明一种优选实施方式的细长构件准静态全场变形测量装置的剖面结构示意图；

图4示出本发明一种优选实施方式的连接件的结构示意图；

图5示出本发明一种优选实施方式的图像质量评估的示意图；

图6示出本发明一种优选实施方式的摄像机构移动拍摄的示意图。

图7示出本发明一种优选实施方式的细长构件准静态全场变形测量方法的流程图。

附图标号说明：

1-摄像机构；

2-驱动机构；

21-驱动电机；

22-驱动轨道；

23-滑台；

3-细长构件；

4-控制机构；

41-计算机；

42-控制器；

5-连接机构；

51-底座；

511-水平仪；

52-连接件；

521-连接杆；

522-叉型架；

523-螺纹销；

53-升降组件；

531-平台；

532-内管；

533-外管；

534-通槽；

535-水平螺纹通孔；

536-固定件。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供了一种细长构件准静态全场变形测量装置，如图1所示，所述装置包括摄像机构1和驱动机构2，所述摄像机构1和驱动机构2均与细长构件3平行设置，所述摄像机构1在驱动机构2的作用下进行平移，以在多个位置采集细长构件3的图像，进而获得细长构件3的全景图像。

其中，所述细长构件为单向走向较大、超出摄像机构视场范围的构件，如工业领域内的梁、柱等细长构件。

所述准静态是指系统从一个平衡状态向另一个平衡状态变化时经历的全部状态的总和，在过程中的任意时刻，系统都无线地接近平衡态，因而任何时刻系统的状态都可以当平衡态处理。

根据本发明一种优选的实施方式，所述摄像机构1为单个工业相机，其与驱动机构2固定连接。

在进一步优选的实施方式中，所述摄像机构1的分辨率为1280×1024。

优选地，所述工业相机优选为维视智造MV-130UM系列工业相机，其镜头优选为Pentax TV LENS 16mm 1:1.4工业镜头。

根据本发明一种优选的实施方式，所述驱动机构2包括相互连接的驱动电机21和驱动轨道22，在所述驱动轨道22上设置有滑台23，

所述摄像机构1与滑台23固定连接。

在进一步优选的实施方式中，所述驱动轨道22为丝杠，优选为滚珠丝杠，其在驱动电机的带动下进行旋转运动，以带动滑台水平移动。

优选地，在所述驱动轨道的起始端和终点端均设置限位开关，所述限位开关优选为施耐德9007-TUA1限位开关。其中，在滑台移动的过程中，碰到起始端的限位开关则停止，碰到终点端的限位开关则立即反转返回起始位置。

在更进一步优选的实施方式中，所述驱动轨道22与滑台23通过螺纹连接。

在本发明中，所述驱动电机驱动丝杠运动，进而带动滑台移动，以实现摄像机构对细长构件进行多个位置的拍照。

根据本发明一种优选的实施方式，如图2和3所示，在所述摄像机构1和滑台23之间还设置有连接机构5，所述连接机构5能够对摄像机构1的位置进行调整。

其中，所述连接机构能够对摄像机构的竖直高度和摄像机构与细长构件的平行度进行调整。

在进一步优选的实施方式中，所述连接机构5包括由上到下依次连接的底座51、连接件52和升降组件53，其中，

所述底座51与摄像机构1固定连接，所述升降组件53与滑台23固定连接。

在更进一步优选的实施方式中，在所述底座51上设置有水平仪511，以监测摄像机构的水平度。

根据本发明一种优选的实施方式，如图3和4所示，所述连接件52包括连接杆521和叉型架522，所述连接杆521和叉型架522通过螺纹销523固定连接。

在进一步优选的实施方式中，所述连接杆521的底端与升降组件固定连接，所述连接杆521的顶端与叉型架522的叉型端配合连接；

所述叉型架522的叉体端与底座51固定连接。

在更进一步优选的实施方式中，在所述连接杆521的顶端径向设置有第一螺纹孔，在所述叉型架522的叉型端开设有第二螺纹孔，

所述连接杆521与叉型架522配合连接时，所述第一螺纹孔与第二螺纹孔同心设置。

优选地，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔均为通孔。

其中，所述螺纹销穿过第一螺纹孔和第二螺纹孔，以对连接杆和叉型架的相对位置进行调节。

在本发明中，当旋松螺纹销时，连接杆和叉型架可以相对转动，即可以调节摄像机构至合适角度；在调整好摄像机构的角度后，旋紧螺纹销，则连接杆和叉型架的位置固定。

根据本发明一种优选的实施方式，所述升降组件53包括上下连接的平台531和内管532，在所述内管532的外部套有外管533，其中，

所述内管532和外管533同心设置。

其中，所述外管533的底端与滑台23固定连接。

在进一步优选的实施方式中，在所述内管532的两侧设置有两个通槽534，

所述两个通槽相对于内管的中心呈中心对称设置，且通槽的长度与内管的长度相同。

在更进一步优选的实施方式中，在所述外管533的外壁上对称设置有两个水平螺纹通孔535，所述水平螺纹通孔535的位置与通槽534的位置相对应。

根据本发明一种优选的实施方式，所述升降组件53还包括固定件536，其具有2个，配合连接在水平螺纹通孔535中，以固定内管和外管的位置。

在进一步优选的实施方式中，所述固定件536为紧定螺钉，其通过螺纹与外管连接。

在本发明中，调松固定件，调节内管的竖直高度至适当位置，然后调紧固定件，使得固定件的底端与通槽底部紧固连接，形成面接触，从而通过摩擦力固定摄像机构的竖直位置。

其中，利用本发明所述的装置，能够对摄像机构的竖直高度和水平方向角度进行调整，此外，本发明中设置通槽与固定件连接，能够实现摄像机构的无级升降，显著提高了装置整体使用的灵活性，扩大了使用范围。

根据本发明一种优选的实施方式，所述细长构件准静态全场变形测量装置还包括控制机构4，其设置在摄像机构1和驱动电机21之间，以控制驱动电机的运动。

在进一步优选的实施方式中，所述控制机构4包括相互连接的计算机41和控制器42，所述计算机41与摄像机构1连接，所述控制器42与驱动电机21连接。

优选地，所述控制器42为PLC控制器，如西门子S7-200PLC控制器。

在本发明中，所述计算机用于对工业相机获取的图像信号进行处理分析，进而根据分析结果向控制器发射信号，令其控制驱动电机转动，以带动摄像机构平移进行拍摄。

根据本发明一种优选的实施方式，所述细长构件准静态全场变形测量装置还包括变形加载装置，其用于对细长构件3施加载荷，使得细长构件产生变形。

在进一步优选的实施方式中，所述变形加载装置为万能试验机。

在本发明中，优选采用WDW-100E微机控制电子万能试验机对细长构件施加载荷，使得构件发生变形，进而进行变形后图像采集。

本发明还提供了一种细长构件准静态全场变形测量方法，优选采用上述测量装置进行，如图7所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1，在施加载荷前，采集细长构件的全景图像；

步骤2，对细长构件施加载荷，并采集变形后的全景图像；

以下进一步详述细长构件准静态全场变形测量方法：

步骤1，在施加载荷前，采集细长构件的全景图像。

其中，所述步骤1包括以下子步骤：

步骤1-1，在细长构件表面制作散斑。

在本发明中，按照以下步骤在所述细长构件表面制作散斑：首先将细长构件表面打磨抛光，形成精细结构，用白漆平喷，作为底面；然后用黑漆远距离喷涂，得到散斑。

其中，在喷涂黑漆时，应注意喷头方向不能对准载体表面，优选稍微倾斜使漆自然飘落到材料表面，即材料应在喷雾边沿。

根据本发明一种优选的实施方式，所述散斑的尺寸为4～8个像素，优选为3～5个像素，如5个像素。

在本发明中，所述散斑为细长构件受力变形信息的载体，通过分别比对变形前后散斑图像的变化，能够得到构件的应变场。

本发明人研究发现，当设置的散斑尺寸小于4个像素时，如果摄像机构的分辨率不够高，则不能精确呈现构件形貌，造成“模糊”；当设置的散斑尺寸大于8个像素时，追踪子区时匹配不精确。因此，本发明中设置散斑的尺寸4～8个像素，优选为3～5个像素，如5个像素，有利于提高图像对比度，提高测量精度。

步骤1-2，采集细长构件的第一张图像，对其进行质量评估。

在本发明中，控制摄像机构拍摄细长构件的第一张图像，所述细长构件的第一张图像为未施加载荷前的初始图像。在拍摄之前，调节升降组件以调整摄像机构的竖直位置和水平位置，使得摄像机构正对细长构件。

根据本发明一种优选的实施方式，检测图像的带拼接区域(即右侧边缘)是否有散斑，若无散斑，则停止拍摄；若有散斑，则进行质量评估。

其中，判断是否存在散斑就是判断摄像机构是否将细长构件拍全，也就是判断是否相机所拍照片为最后一张照片，当检测到没有散斑时，则停止拍照即可。

所述质量评估包括以下子步骤：

步骤1-2-1，在图像上选择参考区域，并在参考区域内选取多个目标点，获取相应的子区。

根据本发明一种优选的实施方式，如图5所示，所述参考区域位于图像边缘，为矩形，宽度为S。

其中，所述参考区域为进行相关性计算的区域，以确定要拼接的两幅图像的正确相对位置。如图5所示，以第一张图像为例，所述参考区域设置在图像的拼接方向一侧。

优选地，所述参考区域与图像边缘的距离为M。

在进一步优选的实施方式中，所述参考区域的宽度S≥5个像素，优选S为5个像素。

本发明人研究发现，当S≥5个像素时，即可进行相关计算，在本发明中，为减小重合区域的宽度，提高图像拼接效率，优选设置S为5个像素。

根据本发明一种优选的实施方式，所述目标点具有多个，均设置在参考区域靠近图像边缘一侧的边上。

在进一步优选的实施方式中，所述目标点包括设置在参考区域靠近图像边缘一侧边长上的第一目标点a1、第二目标点a2和第三目标点a3，其中，

所述第一目标点a1和第二目标点a2分别为边长的两个端点，所述第三目标点a3随机设置在第一目标点a1和第二目标点a2之间。

在更进一步优选的实施方式中，所述第三目标点a3具有多个，优选具有3个以上，更优选具有3个。

在本发明中，所述目标点为可以进行图像质量评估的点，即其对应的子区的灰度变化密度能够代表此处的图像质量。本发明人研究发现，当第三目标点具有3个以上，优选具有3个时，所选择的所有目标点即可有效完成图像质量评估。

根据本发明一种优选的实施方式，所述目标点对应的子区是以目标点为中心形成的正方形区域，所述第一目标点a1、第二目标点a2和第三目标点a3对应的子区的尺寸相同。

在进一步优选的实施方式中，所述子区的初始尺寸为2M+1。

在更进一步优选的实施方式中，所述M初始尺寸为5～9个像素，优选为7个像素。

本发明人研究发现，当M的尺寸过大(如大于9个像素)时，会增加灰度变化密度的计算时长，影响效率；当M的尺寸过小(如小于5个像素)时，则子区的灰度变化密度无法有效代表其所在处的图像质量，即无法进行有效图像质量评估。因此，本发明中选择M为5～9个像素，优选为7个像素，使其既能够进行有效图像质量评估，有具有较高的计算分析效率。

根据本发明一种优选的实施方式，在摄像机构1拍摄完成第一张图像的同时，计算机41向控制器42发送信号，使其控制驱动电机21运动，以带动摄像机构1缓慢平移。

在进一步优选的实施方式中，所述摄像机构1匀速平移，所述平移的速度为0.5～1mm/s，优选为0.8mm/s。

本发明人研究发现，将摄像机构设置为上述速度进行平移，能保证计算机在进行迭代算法得出最终所需前进距离之前，摄像机构在此过程中已前进距离不会超过所需前进距离。

步骤1-2-2，获取子区的灰度变化密度ρ，经过比较分析，获取图像重叠区域宽度。

其中，步骤1-2-2包括以下子步骤：

步骤1-2-2-1，将步骤1-2-1中三类目标点对应子区内的图像转换为二进制。

其中，为了降低图像处理难度，优选将子区内图像的灰度转换为二进制，具体是指根据预定阈值，将图像中大于或等于阈值的像素点灰度值赋为1，小于阈值的像素点灰度值赋为0，从而得到仅有0和1两个灰度值的黑白图像。

根据本发明一种优选的实施方式，所述将灰度转换为二进制的阈值为90～120，优选为100。

步骤1-2-2-2，计算上述步骤中所有子区的灰度变化密度，并分别与预先设置的灰度变化密度阈值ρ'比较，以判定是否需要增大子区尺寸。

在本发明中，采用以下公式计算子区的灰度变化密度：

其中，

Δh_x＝|h(i，j)-h(i-1，j)|，Δh_y＝|h(i，j)-h(i，j-1)|，

h代表坐标为(i,j)时的像素强度，Δh_x为x方向上相邻点间的灰度变化，Δh_y为y方向上相邻点间的灰度变化，4(2M+1)为方形子区的周长。

根据本发明一种优选的实施方式，所述灰度变化密度阈值ρ'为1.3～1.8，优选为1.6。

本发明人研究发现，当灰度变化密度阈值ρ'为1.3～1.8，优选为1.6时，子区内预选点的灰度变化密度达到阈值所用时间及应变值的相对误差能够达到平衡，即二者综合达到最佳水平。

在进一步优选的实施方式中，将子区的灰度变化密度分别与灰度变化密度阈值ρ'进行比较分析，

当其中任何一个值未超过阈值时，则增大子区尺寸，重新计算所有子区的灰度变化密度，直至其全部超过灰度变化密度阈值。

在更进一步优选的实施方式中，所述增大后的子区尺寸为2M'+1，所述M'＝M+1。

其中，按照上述子区的增大幅度依次进行迭代计算，直至所有子区的灰度变化密度全部超过灰度变化密度阈值ρ'。

步骤1-2-2-3，根据步骤1-2-2-2确定的子区尺寸中的M值，获取图像重叠区域宽度d。

在本发明中，需要获取细长构件的多张图像，然后将多张图像进行拼接后获的全景图像。其中，每张图像均需要设置有图像重叠区域，用于图像配准后再进行融合拼接，由于本发明中是对细长构件进行图像拼接，因此图像重叠区域的长度即为每张图像的宽度，仅需设置图像重叠区域的宽度即可。

在本发明中，所述图像重叠区域的宽度d优选由参考区域宽度S及参考区域与图像边缘距离M获得，即在图像融合过程中，图像重叠区域的宽度根据式：d＝S+2M计算得出。

本发明人研究发现，通过在图像拍摄的过程中实时评估图像质量，能够根据图像质量自动调整重叠区域的宽度，提高全景图像获取的效率和精度。

步骤1-3，根据上述符合要求的图像质量，获取摄像机构需要移动的距离。

其中，步骤1-3包括以下子步骤：

步骤1-3-1，获取摄像机构拍摄第二张图像的位置与拍摄第一张图像的位置之间的距离。

在本发明中，如图6所示，所述摄像机构两个位置之间的距离D由下式获得：

其中，d为图像重叠区域宽度，l为摄像机构的视场范围，L为摄像机构与细长构件的距离，D为摄像机构两个位置之间的距离；d和l的量纲为像素，L和D的量纲为mm。

根据上述步骤中获取的图像重叠区域宽度d，进而根据实际操作中的摄像机构的视场范围l和摄像机构与细长构件的距离L，可以得出摄像机构两个位置之间的距离D。

步骤1-3-2，获取在确定最终子区尺寸时，摄像机构已平移的距离D'。

根据本发明一种优选的实施方式，所述计算机41在得出最终子区尺寸时，发送信号至控制器42，进而获取摄像机构已经平移的距离。

其中，所述控制器42为PLC控制器，其根据计算机发送的信号能够获得高速脉冲计数器获得的摄像机构已经平移的距离

因此，根据摄像机构的平移速度和计算机记录的确定最终子区尺寸的时间，可以获得摄像机构平移的距离。

步骤1-3-3，获取进行第二张图像拍摄前，摄像机构需要移动的距离D”。

其中，所述摄像机构两个位置之间的距离D与摄像机构已平移的距离D'之间的差值，即为摄像机构需要移动的距离D”。

本发明人研究发现，在进行图像质量评估的同时控制摄像机构缓慢平移，能够有效提高测量效率，且将摄像机构平移速度设置为0.5～1mm/s，优选0.8mm/s，既能够确保摄像机构在最终子区尺寸确定前不能到达拍摄位置，又能够缩短测量时间，提高效率。

步骤1-4，摄像机构移动到适当位置，采集细长构件的第二张图像。

根据本发明一种优选的实施方式，在获得了摄像机构需要移动的距离D”后，控制器42控制驱动电机21转动，进而带动坏闼23和摄像机构1至适当拍摄位置，采集第二张图像。

步骤1-5，重复步骤1-2～步骤1-4，直至拍摄到细长构件的末端。

其中，在进行最后一张图像拍摄时，则无需再进行图像质量评估。在需进行质量评估的图像中，优选均在右侧边缘(图像采集延伸方向)选择参考区域和子区。

步骤1-6，将获得的各张图像进行依次融合拼接，以获得细长构件的施加载荷前全景图像。

采用基于小波变换的图像融合方法(陆宏波,施惠昌.基于小波变换的图像融合方法[J].电子工程师,2001,27(5):54-57.)进行图像的融合拼接。

步骤2，对细长构件施加载荷，并获取变形后的全景图像。

在本发明中，所述对细长构件施加载荷一般为进行单轴拉伸、单轴压缩或三点弯曲等，优选为单轴拉伸。

其中，所述施加载荷的装置可以为现有技术中常用的试验机，如WDW-100E微机控制电子万能试验机。

在施加载荷后，重复步骤1-2～1步骤-6，获得细长构件变形后的全景图像。

步骤3，对施加载荷前后的细长构件全景图像进行分析，获得其应变场。

在本发明中，通过比对细长构件施加载荷前后的散斑图像，可以获取载荷施加前和施加后特定区域的位移变化量，进而获得细长构件的应变场。

其中，可以采用现有技术中常用的图像分析软件和方法进行细长构件的应半场分析，如：采用二维DIC开源软件Ncorr计算得到构件的应变场。

实施例

实施例1

选用的细长构件为：中心有孔的金属板，长度为1m，宽度为5cm，高度为5cm。

采用的细长构件准静态全场变形测量装置，结构如图1～4所示，其中，所述摄像机构为维视智造MV-130UM系列工业相机，其镜头为Pentax TV LENS 16mm 1:1.4工业镜头；滑台为单轴滑台，其由西门子S7-200PLC控制器。

按照以下步骤进行测量：

步骤1：在金属板变形前，获得其全景图像。

步骤1-1，将金属板的表面打磨抛光后，用白漆平喷，作为底面，然后在其表面远距离喷涂黑漆，制得散斑的尺寸作为5个像素。

步骤1-2，采用工业相机拍摄金属板的第一张图像，拍摄完成后，通过计算机控制工业相机以0.8mm/s的速度缓慢平移；

其中，在图像右侧边缘选择矩形参考区域，其宽度为5个像素；选择矩形参考区域靠近图像右侧边缘的边长的两个端点分别为第一目标点和第二目标点，在此边长上随机选择3个点作为第三目标点；以5个目标点为中心，确定对应的5个正方形子区区域，设置子区的初始尺寸为2M+1，其中，M初始值为7个像素；

将5个子区的灰度值转换为二进制值，并分别计算各自的灰度变化密度，并分别与灰度变化密度阈值比较，如果其中一个值未超过阈值，则令M增加1，以增大子区尺寸，重新进行灰度变化密度；其中，灰度变化密度阈值为1.6，经过多次迭代计算后，确定M的最终取值为12个像素，第一张图像的重叠区域的宽度为29个像素。

步骤1-3，根据式

获得工业相机至第二张图像的拍摄位置需要移动的距离为60mm，根据PLC控制器获得确定M的最终取值时，工业相机已经平移的距离为24mm，进而计算得到还需要移动的距离为36mm。

步骤1-4，将工业相机移动至步骤1-3中确定的位置，拍摄第二张图像。

步骤1-5，重复步骤1-2～1-4，共拍摄3张照片，直至拍摄到金属板的末端。

步骤1-6，采用基于小波变换的图像融合的方法对获得的图像进行融合拼接，获得金属板的全景图像。

步骤2，采用WDW-100E微机控制电子式万能试验机对金属板进行单轴拉伸试验，然后重复操作步骤1-2～1-6，获得金属板变形后的全景图像。

步骤3，采用二维DIC开源软件Ncorr计算金属板的应变场。

实施例2

对变形前拼接所得的图像中x＝25mm，y＝150mm的一点(通过ANSYS有限元分析软件获得的参考应变值为9.528×10^-4pixel)，通过改变不同的灰度变化密度阈值，得到其应变值和有限元参量应变值的相对误差以及达到阈值所用时间的统计分析结果，如表1所示：

表1

由表1可知，所述灰度变化密度阈值设置越大，相对误差越小，精度越高，但同时计算时长越长，效率越低；尤其是，当阈值大于1.6时，精度增加不大的同时，计算所耗时间显著增长，效率降低，所以本发明中优选将阈值设置为1.6。

对比例

对比例1

本对比例中采用传统的DIC测量方法，利用单个相机对实施例1中的金属板构件的应变场进行测量。

对比例2

采用ANSYS软件对实施例1中所述的金属板试件进行建模，并对实验过程进行仿真，得到有限元仿真应变场值。

实验例

实验例1

随机选取20个点，将采用实施例1、对比例1和对比例2中所述方法(取y轴向正应变)到的应变值进行比较，结果分别如表2和3所示：

表2

表3

由表2和表3可知，采用本发明实施例1所述方法和设备测量得到的试件的应变值相对误差显著低于对比例1中所述方法，且本发明中所述方法还具有非接触、原位测量等优点。主要是因为对比例1中若想将全部细长金属板试件包含在相机视场内，必然要增加相机与时间的距离，也就相应减少了试件散斑图像的分辨率，进而降低了检测精度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种细长构件准静态全场变形测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，在施加载荷前，采集细长构件的全景图像；

步骤2，对细长构件施加载荷，并采集变形后的全景图像；

步骤3，对施加载荷前后的细长构件进行分析，获得其应变场；

所述步骤1包括以下子步骤：

步骤1-1，在细长构件表面制作散斑；

步骤1-2，采集细长构件的第一张图像，对其进行质量评估；

步骤1-3，根据上述符合要求的图像质量，获取摄像机构需要移动的距离；

步骤1-4，摄像机构匀速平移到适当位置，采集细长构件的第二张图像，所述平移的速度为0.5～1mm/s；

步骤1-5，重复步骤1-2～步骤1-4，直至拍摄到细长构件的末端；

步骤1-6，将获得的各张图像进行依次融合拼接，以获得细长构件的施加载荷前全景图像；

步骤1-2中，所述质量评估包括以下子步骤：

步骤1-2-1，在图像上选择参考区域，并在参考区域内选取多个目标点，获取相应的子区；

步骤1-2-2，获取子区的灰度变化密度，经过比较分析，获取图像重叠区域宽度；

步骤1-2-1中，所述参考区域位于图像边缘，所述目标点具有多个，包括第一目标点、第二目标点和第三目标点，

所述第一目标点和第二目标点为参考区域靠近图像边缘一侧边长的两个端点，所述第三目标点随机设置在第一目标点和第二目标点之间；

所述子区的初始尺寸为2M+1，M为5～9个像素。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1-3包括以下子步骤：

步骤1-3-1，获取摄像机构拍摄第二张图像的位置与拍摄第一张图像的位置之间的距离；

步骤1-3-2，获取摄像机构已平移的距离；

步骤1-3-3，获取进行第二张图像拍摄前，摄像机构还需要移动的距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1-2-1中，所述参考区域为矩形，所述参考区域的宽度S≥5个像素。