一种基于单个相机的三维变形光测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于单个相机的三维变形光测方法及装置，该三维变形光测方法包括：将光栅置于摄像头和被测物体之间；基于测量得到光栅到被测物体的距离Z，标定得到成像系统的物距Zobj和放大倍数M；通过摄像头获取被测物体的第一负级衍射图像、原始图像以及第一正级衍射图像；基于变形前的第一负级衍射图像和变形后的第一负极衍射图像得到计算点的第一负级位移矢量(u

A method and device of 3D deformation optical measurement based on single camera

The invention discloses a three-dimensional deformation optical measurement method and device based on a single camera, the three-dimensional deformation optical measurement method includes: placing a grating between the camera and the measured object; obtaining the distance z from the grating to the measured object based on the measurement, calibrating the object distance zobj and magnification m of the imaging system; obtaining the first negative diffraction image and the original image of the measured object through the camera Based on the first negative diffraction image before deformation and the first negative diffraction image after deformation, the first negative displacement vector (U) of the calculated point is obtained

【技术实现步骤摘要】
一种基于单个相机的三维变形光测方法及装置
本专利技术涉及一种三维变形光测领域，特别涉及一种基于单个相机的三维变形光测方法及装置。
技术介绍
数字图像相关(DIC)方法是一种通过比较变形前后被测物体表面随机散斑图像直接测量全场位移和应变的非接触式光测力学方法，主要用于对材料或结构表面受各种外载荷作用下的位移和应变场进行测量。DIC方法可分为基于单个相机测量的二维数字图像相关方法(2D-DIC)和基于两个或多个相机测量的三维数字图像相关方法(stereo-DIC)。2D-DIC法已经发展的非常成熟，在实验室环境下测量精度很高，但只能用于平面物体表面的面内变形测量。在工程应用中被测物体表面往往是曲面，且在外载作用下变形比较复杂。Stereo-DIC方法可以适用于曲面物体表面的三维变形测量，但需要两个或多个摄像头同时进行拍摄，针对小尺寸试验件或狭窄空间作业受到一定限制。为解决现用技术问题的上述缺陷，有必要提出一种基于单个相机的三维变形光测方法及装置。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于单个相机的三维变形光测方法及装置，构建一个完整简单高效的三维变形光测方案，其能够应用于小尺寸试验件或狭窄空间，且能够适用于曲面物体表面的三维变形测量。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于单个相机的三维变形光测方法，其中，所述基于单个相机的三维变形光测方法包括：S1)：将光栅置于摄像头和被测物体之间；S2)：基于测量得到所述光栅到所述被测物体的距离Z，标定得到成像系统的物距Zobj和放大倍数M；S3)：通过所述摄像头获取所述被测物体的第一负级衍射图像、原始图像以及第一正级衍射图像；S4)：基于变形前的第一负级衍射图像和变形后的第一负极衍射图像得到计算点的第一负级位移矢量(u-1,v-1)，以及基于变形前的第一正级衍射图像和变形后的第一正极衍射图像得到计算点的第一正级位移矢量(u+1,v+1)；S5)：基于第一负级位移矢量(u-1,v-1)、第一正级位移矢量(u+1,v+1)、所述距离Z、成像系统的物距Zobj以及所述放大倍数M，计算得到被测物体的三维变形。如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其中，在步骤S3)中，所述第一负级衍射图像为-1级衍射图像，所述第一正级衍射图像为+1级衍射图像。如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其中，在步骤S4)中，在变形前的-1级衍射图像中确定计算区域、图像子区和计算步长参数，然后分别在变形前+1级衍射图像、变形后-1级衍射图像、变形后+1级衍射图像中利用数字图像相关方法确定计算区域中的计算点的相应位置，以计算得到第一负级位移矢量(u-1,v-1)和第一正级位移矢量(u+1,v+1)。如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其中，在步骤S5)中，通过下式计算得出所述三维变形分量：其中，所述三维变形分量为(U,V,W)。如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其中，通过下式计算得出所述第一负级位移矢量(u-1,v-1)和第一正级位移矢量(u+1,v+1)，其中，计算点在变形前的-1级衍射图像中的位置为(x-1，y-1)，所述计算点在变形后的-1级衍射图像中的相应位置为(x’-1，y’-1)，所述计算点在变形前的+1级衍射图像中的相应位置为(x+1，y+1)，以及所述计算点在变形后的+1级衍射图像中的相应位置为(x’+1，y’+1)。如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其中，所述数字图像相关方法为二维数字图像相关方法。本专利技术还提出了一种基于单个相机的三维变形光测装置，其中，所述基于单个相机的三维变形光测装置包括：定位模块，用于将光栅定位于摄像头和被测物体之间；图像采集模块，用于通过所述摄像头获取所述被测物体的第一负级衍射图像、原始图像以及第一正级衍射图像；位移矢量获取模块，用于基于变形前的第一负级衍射图像和变形后的第一负极衍射图像得到计算点的第一负级位移矢量(u-1,v-1)，以及基于变形前的第一正级衍射图像和变形后的第一正极衍射图像得到计算点的第一正级位移矢量(u+1,v+1)；标定模块，用于基于测量得到的所述光栅到所述被测物体的距离Z，标定得到成像系统的物距Zobj和放大倍数M；三维变形获取模块，用于基于第一负级位移矢量(u-1,v-1)、第一正级位移矢量(u+1,v+1)、所述距离Z、成像系统的物距Zobj以及所述放大倍数M，计算得到被测物体的三维变形。如上所述的基于单个相机的三维变形光测装置，其中，所述第一负级衍射图像为-1级衍射图像，所述第一正级衍射图像为+1级衍射图像。本专利技术还提出了一种终端设备，其中，该终端设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法的步骤。本专利技术还提出了一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于单个相机的三维变形光测方法的步骤。本专利技术的三维变形光测方法基于单个相机能够实现测量曲面物体表面的三维变形测量，同样适用于小尺寸试验件或狭窄空间作业。此外，本专利技术的三维变形光测装置基于单个摄像头和CCD相机测量物体表面的三维形貌和三维位移，整套测量系统结构简洁，节省空间。此外，本专利技术的三维变形光测方法通过光栅的衍射作用将被测物体表面图像分为多级衍射图像，利用立体视觉算法实现对物体表面的三维变形测量，为物体表面的三维变形测量提供新的方案。附图说明图1为本专利技术实施例的基于单个相机的三维变形光测方法的流程图；图2本专利技术实施例提供的单相机stereo-DIC方法光路示意图；图3为本专利技术实施例提供的单相机stereo-DIC方法计算原理示意图；图4为本专利技术实施例的基于单个相机的三维变形光测装置的结构示意图；以及图5为本专利技术实施例提供的终端设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。需要说明的是，本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单个相机的三维变形光测方法，其特征在于，所述基于单个相机的三维变形光测方法包括：/nS1)：将光栅置于摄像头和被测物体之间；/nS2)：基于测量得到所述光栅到所述被测物体的距离Z，标定得到成像系统的物距Z

【技术特征摘要】
1.一种基于单个相机的三维变形光测方法，其特征在于，所述基于单个相机的三维变形光测方法包括：
S1)：将光栅置于摄像头和被测物体之间；
S2)：基于测量得到所述光栅到所述被测物体的距离Z，标定得到成像系统的物距Zobj和放大倍数M；
S3)：通过所述摄像头获取所述被测物体的第一负级衍射图像、原始图像以及第一正级衍射图像；
S4)：基于变形前的第一负级衍射图像和变形后的第一负极衍射图像得到计算点的第一负级位移矢量(u-1,v-1)，以及基于变形前的第一正级衍射图像和变形后的第一正极衍射图像得到计算点的第一正级位移矢量(u+1,v+1)；
S5)：基于第一负级位移矢量(u-1,v-1)、第一正级位移矢量(u+1,v+1)、所述距离Z、成像系统的物距Zobj以及所述放大倍数M，计算得到被测物体的三维变形。


2.如权利要求1所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其特征在于，在步骤S3)中，所述第一负级衍射图像为-1级衍射图像，所述第一正级衍射图像为+1级衍射图像。


3.如权利要求2所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其特征在于，在步骤S4)中，在变形前的-1级衍射图像中确定计算区域、图像子区和计算步长参数，然后分别在变形前+1级衍射图像、变形后-1级衍射图像、变形后+1级衍射图像中利用数字图像相关方法确定计算区域中的计算点的相应位置，以计算得到第一负级位移矢量(u-1,v-1)和第一正级位移矢量(u+1,v+1)。


4.如权利要求3所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其特征在于，在步骤S5)中，通过下式计算得出所述三维变形分量：



其中，所述三维变形分量为(U,V,W)。


5.如权利要求3所述的基于单个相机的三维变形光测方法，其特征在于，通过下式计算得出所述第一负级位移矢量(u-1,v-1)和第一正级位移矢量(u+1,v+1)，



其中，计算点在变形前的-1级衍射图...

【专利技术属性】
技术研发人员：马璐军，杨仕超，王毅，庞家志，李健，
申请(专利权)人：航天科工防御技术研究试验中心，
类型：发明
国别省市：北京;11