一种单相机三维视频引伸计及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种单相机三维视频引伸计及测量方法，测量方法包含以下步骤：测试之前采用平面标定板标定相机内部参数；在待测物表面制备散斑，并在其旁边固定贴有标识点的反射镜，相机采集初始状态待测物散斑实像与反射镜中的散斑虚像；在测试过程中对待测物进行加载，利用相机内部参数及实像与虚像的对应图像坐标，求解加载过程中任意状态的相机坐标系与镜面坐标系的旋转矩阵及归一化平移向量，采用反射镜中任意两点之间的实际距离计算平移向量系数；计算物体表面两个待测点的三维空间坐标，即可实现两个待测点之间的位移及应变计算。本发明专利技术利用单个相机即可实现三维位移及应变计算，具有非接触、测量精度高、设备简单、方便实用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种单相机三维视频引伸计及测量方法
本专利技术涉及光测实验固体力学领域，具体涉及一种单相机三维视频引伸计及测量方法。
技术介绍
视频引伸计作为常用的测试工具广泛应用在材料的力学性能测试中，常规单相机视频引伸计只能测量二维面内变形，微小的离面位移会引起较大的测量误差，从而影响测试精度。基于双相机的三维视频引伸计则需要相机同步装置，额外增加了硬件成本。并且双相机的标定过程非常复杂，限制了其在三维视频引伸计中的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单相机三维视频引伸计及测量方法，操作简单灵活，易于实现。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种单相机三维视频引伸计，包括一台工业相机、高分辨率镜头、计算机、贴有两个以上标识点的前镀膜反射镜；所述高分辨率镜头设置在工业相机前方，高分辨率镜头正对前镀膜反射镜，前镀膜反射镜设置在待测物旁，在待测物表面制备散斑；在未加载及任意加载状态，相机同时采集被测物实像和镜面反射虚像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含实像与虚像两部分；确定任意一幅图像中实像与虚像的对应图像坐标，利用对应图像坐标及相机内部参数计算相机坐标系与世界坐标系的外部参数；根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相机三维视频引伸计，其特征在于，包括一台工业相机(8)、高分辨率镜头(7)、计算机(10)、贴有两个以上标识点(6)的前镀膜反射镜(5)；所述高分辨率镜头(7)设置在工业相机(8)前方，高分辨率镜头(7)正对前镀膜反射镜(5)，前镀膜反射镜(5)设置在待测物旁，在待测物表面制备散斑；在未加载及任意加载状态，相机同时采集被测物实像和镜面反射虚像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含实像与虚像两部分；确定任意一幅图像中实像与虚像的对应图像坐标，利用对应图像坐标及相机内部参数计算相机坐标系与世界坐标系的外部参数；根据相机的内部参数及任意状态的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上两点的三...

【技术特征摘要】
1.一种单相机三维视频引伸计，其特征在于，包括一台工业相机(8)、高分辨率镜头(7)、计算机(10)、贴有两个以上标识点(6)的前镀膜反射镜(5)；所述高分辨率镜头(7)设置在工业相机(8)前方，高分辨率镜头(7)正对前镀膜反射镜(5)，前镀膜反射镜(5)设置在待测物旁，在待测物表面制备散斑；在未加载及任意加载状态，相机同时采集被测物实像和镜面反射虚像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含实像与虚像两部分；确定任意一幅图像中实像与虚像的对应图像坐标，利用对应图像坐标及相机内部参数计算相机坐标系与世界坐标系的外部参数；根据相机的内部参数及任意状态的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上两点的三维坐标，并计算相对于初始状态的位移及应变。2.根据权利要求1所述的单相机三维视频引伸计，其特征在于，业相机(8)设置在三脚架(9)上。3.一种基于权利要求1所述单相机三维视频引伸计的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、相机内部参数标定：将平面标定板在相机的视场范围内平移及旋转至少8个姿态，相机采集平面标定板图像，利用标定板图像计算相机内部参数矩阵及畸变系数；步骤2、散斑制备与反射镜固定：在待测物表面制备散斑，并在其旁边固定贴有两个以上标识点的前镀膜反射镜；步骤3、相机图像采集：在未加载及任意加载状态，相机同时采集被测物实像和镜面反射虚像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含实像与虚像两部分；步骤4、相机与镜面坐标系外部参数确定：确定任意一幅图像中实像与虚像的对应图像坐标，利用对应图像坐标及相机内部参数计算相机坐标系与世界坐标系的外部参数；步骤5、待测物体上两点之间的位移及应变计算：根据相机的内部参数及任意状态的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上两点的三维坐标，并计算相对于初始状态的位移及应变。4.根据权利要求3所述的单相机三维视频引伸计测量方法，其特征在于，所述步骤1中得到的相机内部参数矩阵为其中fx、fy为两个方向的等效焦距，cx、cy为光轴与相机靶面的交点图像坐标，一阶畸变系数用k1表示。5.根据权利要求3所述的单相机三维视频引伸计测量方法，其特征在于，所述步骤2中前镀膜反射镜上贴有至少两个标识点，且两个标识点之间的距离已知为l。6.根据权利要求3所述的单相机三维视频引伸计测量方法，其特征在于，所述步骤4中确定任意一幅图像中某点实像与虚像的对应图像坐标ui、vi和ui'、vi'的具体方法如下：首先以ui、vi为中心确定一矩形图像区域，采用标准化协方差互相关函数通过整像素匹配方法寻找其对应的整像素位置；在匹配过程中：若反射镜与待测物水平放置，对矩形图像左右翻转后进行匹配；若反射镜与待测物竖直放置，对矩形图像上下翻转后进行匹配；在亚像素匹配过程中，采用一阶形函数描述实像与虚像中矩形图像区域的对应关系，利用Newton-Raphson迭代方法求解对应的亚像素对应图像坐标。7.根据权利要求3所述的单相机三...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聪，刘晓鹏，徐志洪，康新，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32