基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置及补偿方法，光源装置照射标定板的标定面和试件的测量面；结构光投影装置投射结构光至标定面，并由相机获取标定面的标定图像和结构光投射至标定面相应光条的标定光条图像后，结构光投影装置投射结构光至测量面，且由相机获取测量面的散斑图像和结构光投射至测量面相应光条的光条图像；图像处理装置根据标定图像和标定光条图像，对相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，并将光条图像代入结构光平面方程得到离面位移，进而补偿伪应变。本发明专利技术提供的技术方案，能够对离面位移和光轴非垂直安装所产生的伪应变进行补偿，提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置及方法
本专利技术涉及实验力学、光学检测领域，更为具体地说，涉及一种基于结构光的二维DIC(DigitalImageCorrelation，数字图像相关)光学引伸计离面补偿装置及方法。
技术介绍
经过近40年的研究，使用两个相机的3D-DIC有了很大的发展，在理论和技术上都已经较为成熟。但是3D-DIC仍然存在一些固有的缺点，例如相对复杂的光学系统、双目相机相应点的错误匹配、昂贵的硬件成本以及繁琐的相机标定等。为降低硬件成本，一些学者将2D-DIC技术和条纹投影技术结合在一起,使用条纹投影仪代替其中一个照相机来实现3D-DIC。但是条纹投影方法需要耗时且复杂的解相位过程，严重降低了检测效率。2D-DIC方法具有实验设备简单、成本低、无需标定的优点，因此在诸如材料参数估计和结构健康监测等面内变形测量领域，2D-DIC方法仍然发挥着不可替代的作用。2D-DIC方法的基本原理是用固定相机捕获平面试件变形前后的数字图像，通过匹配变形前后的图像，可以获得试件的测量面的像素变形信息。因此，2D-DIC方法只能测量平面试件的面内位移。当测量面发生离面位移(包括离面平移和离面旋转)或相机光轴与测量面非垂直安装时，2D-DIC方法将产生伪应变，使得最终测量精度偏低。因此校正离面位移和光轴非垂直安装所产生的伪应变，减少其对测量精度的影响显得极其重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置及方法，有效解决现有技术存在的技术问题，在获得试件的测量面的应变数据的同时，能够对离面位移和光轴非垂直安装所产生的伪应变进行补偿，提高了测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置，包括：标定板，所述标定板包括具有预设图形标记点的标定面；试件，所述试件的测量面喷涂有底漆及散斑；光源装置，所述光源装置用于照射所述标定面和所述测量面；结构光投影装置和相机，所述结构光投影装置用于投射结构光至所述标定面，并由所述相机获取所述标定面的标定图像和所述结构光投射至所述标定面相应光条的标定光条图像后，所述结构光投影装置投射所述结构光至所述测量面，且由所述相机获取所述测量面的散斑图像和所述结构光投射至所述测量面相应光条的光条图像；以及，图像处理装置，所述图像处理装置用于根据所述标定图像和所述标定光条图像，对所述相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，并将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，进而补偿伪应变。可选的，所述图像处理装置包括标定单元，所述标定单元用于根据所述标定图像和所述标定光条图像，对所述相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及所述相机的内参和外参及结构光平面方程，所述标定单元包括：第一获取模块，所述第一获取模块用于获取所述标定图像和所述标定光条图像，其中，所述标定图像和所述标定光条图像分别包括在所述结构光投射至所述标定面且任意移动所述标定板时相应的第一标定子图像至第M标定子图像和第一标定光条子图像至第M标定光条子图像，M为不小于3的整数；相机标定模块，所述相机标定模块用于通过张正友标定法处理所述标定图像而标定所述相机的内参和外参，且根据所述外参获得标定面平面方程；以及，结构光标定模块，所述结构光标定模块用于根据所述标定光条图像获取所述结构光的投影平面方程，且根据所述标定面平面方程和所述投影平面方程得到所述结构光投射至所述标定面的光条的三维位置，并将任意移动所述标定板时相应的不同三维位置的光条进行拟合得到所述结构光平面方程。可选的，所述图像处理装置包括离面位移测量单元，所述离面位移测量单元用于将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，所述离面位移测量单元包括：第二获取模块，所述第二获取模块用于获取所述光条图像，其中，所述光条图像包括对所述试件逐步施加载荷时相应的第一光条子图像至第N光条子图像和未施加载荷时相应的第零光条子图像，N为不小于2的整数；计算模块，所述计算模块用于将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移。可选的，所述图像处理装置将所述光条图像代入所述结构光平面方程且基于光学三角测量法获取所述测量面的离面位移。可选的，所述底漆为白色底漆、所述散斑为红色散斑、所述光源装置为蓝色光源装置及所述结构光为红色结构光；其中，所述标定图像和所述散斑图像为所述相机的蓝色通道提取的图像，所述标定光条图像和所述光条图像为所述相机的红色通道捕获的图像。可选的，所述结构光为相交结构光。相应的，本专利技术还提供了一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿方法，包括：提供具有预设图形标记点的标定面的标定板和测量面喷涂有底漆及散斑的试件；控制光源装置照射所述标定面，同时控制结构光投影装置投射结构光至所述标定面，并由相机获取所述标定面的标定图像和所述结构光投射至所述标定面相应光条的标定光条图像；将所述测量面放置于所述光源装置照射光路及所述结构光投影装置投射所述结构光的光路上，且由所述相机获取所述测量面的散斑图像和所述结构光投射至所述测量面相应光条的光条图像；根据所述标定图像和所述标定光条图像，对所述相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，并将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，进而补偿伪应变。可选的，根据所述标定图像和所述标定光条图像，对所述相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，包括：获取所述标定图像和所述标定光条图像，其中，所述标定图像和所述标定光条图像分别包括在所述结构光投射至所述标定面且任意移动所述标定板时相应的第一标定子图像至第M标定子图像和第一标定光条子图像至第M标定光条子图像，M为不小于3的整数；通过张正友标定法处理所述标定图像而标定所述相机的内参和外参，且根据所述外参获得标定面平面方程；根据所述标定光条图像获取所述结构光的投影平面方程，且根据所述标定面平面方程和所述投影平面方程得到所述结构光投射至所述标定面的光条的三维位置，并将任意移动所述标定板时相应的不同三维位置光条进行拟合得到所述结构光平面方程。可选的，将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，包括：获取所述光条图像，其中，所述光条图像包括对所述试件逐步施加载荷时相应的第一光条子图像至第N光条子图像和未施加载荷时相应的第零光条子图像，N为不小于2的整数；将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移。可选的，根据所述光条图像获取所述测量面的离面位移，包括：将所述光条图像代入所述结构光平面方程且基于光学三角测量法获取所述测量面的离面位移。相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：本专利技术提供了一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置及补偿方法，包括：标定板，所述标定板包括具有预设图形标记点的标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置，其特征在于，包括：/n标定板，所述标定板包括具有预设图形标记点的标定面；/n试件，所述试件的测量面喷涂有底漆及散斑；/n光源装置，所述光源装置用于照射所述标定面和所述测量面；/n结构光投影装置和相机，所述结构光投影装置用于投射结构光至所述标定面，并由所述相机获取所述标定面的标定图像和所述结构光投射至所述标定面相应光条的标定光条图像后，所述结构光投影装置投射所述结构光至所述测量面，且由所述相机获取所述测量面的散斑图像和所述结构光投射至所述测量面相应光条的光条图像；/n以及，图像处理装置，所述图像处理装置用于根据所述标定图像和所述标定光条图像，对所述相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，并将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，进而补偿伪应变。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置，其特征在于，包括：
标定板，所述标定板包括具有预设图形标记点的标定面；
试件，所述试件的测量面喷涂有底漆及散斑；
光源装置，所述光源装置用于照射所述标定面和所述测量面；
结构光投影装置和相机，所述结构光投影装置用于投射结构光至所述标定面，并由所述相机获取所述标定面的标定图像和所述结构光投射至所述标定面相应光条的标定光条图像后，所述结构光投影装置投射所述结构光至所述测量面，且由所述相机获取所述测量面的散斑图像和所述结构光投射至所述测量面相应光条的光条图像；
以及，图像处理装置，所述图像处理装置用于根据所述标定图像和所述标定光条图像，对所述相机和结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，并将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，进而补偿伪应变。


2.根据权利要求1所述的基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置，其特征在于，所述图像处理装置包括标定单元，所述标定单元用于根据所述标定图像和所述标定光条图像对所述相机及结构光进行标定得到相机的内参和外参及结构光平面方程，所述标定单元包括：
第一获取模块，所述第一获取模块用于获取所述标定图像和所述标定光条图像，其中，所述标定图像和所述标定光条图像分别包括在所述结构光投射至所述标定面且任意移动所述标定板时相应的第一标定子图像至第M标定子图像和第一标定光条子图像至第M标定光条子图像，M为不小于3的整数；
相机标定模块，所述相机标定模块用于通过张正友标定法处理所述标定图像而标定所述相机的内参和外参，且根据所述外参获得标定面平面方程；
以及，结构光标定模块，所述结构光标定模块用于根据所述标定光条图像获取所述结构光的投影平面方程，且根据所述标定面平面方程和所述投影平面方程得到所述结构光投射至所述标定面的光条的三维位置，并将任意移动所述标定板时相应的不同三维位置的光条进行拟合得到所述结构光平面方程。


3.根据权利要求1所述的基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置，其特征在于，所述图像处理装置包括离面位移测量单元，所述离面位移测量单元用于将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移，所述离面位移测量单元包括：
第二获取模块，所述第二获取模块用于获取所述光条图像，其中，所述光条图像包括对所述试件逐步施加载荷时相应的第一光条子图像至第N光条子图像和未施加载荷时相应的第零光条子图像，N为不小于2的整数；
计算模块，所述计算模块用于将所述光条图像代入所述结构光平面方程得到离面位移。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于结构光的二维DIC光学引伸计离面补偿装置，其特征在于，所述图像处理装置将所述光条图像代入所述结构光平面方程且基于光学三角测量法获取所述测量面的离面位移。


5.根据权利要求1-3任意一项所述的基于结构光的二维...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟超，李慧，汪连坡，顾永刚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34