一种高速运动物体的图像测量方法及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术公开了一种高速运动物体的图像测量方法，包括：在被测物体的表面上设置待测标记组件，布置测量系统，测量系统包括计算单元和至少两个低速相机；在被测物体做高速周期运动时，布置外部传感器根据待测标记组件采集被测物体的运动信号，并输入到计算单元；计算单元根据运动信号计算得到被测物体的运动周期；将运动周期等分为n份细分周期，作为周期偏移量，并根据运动周期和周期偏移量来控制至少两个低速相机的触发时间以使得至少两个低速相机分别获取至少n幅运动图像；根据多幅运动图像对被测物体进行多个运动状态的三维重建；根据三维重建的结果计算得到被测物体的动态变形场。本发明专利技术实现了低成本、高可控性地对高速运动物体进行图像测量。

【技术实现步骤摘要】
一种高速运动物体的图像测量方法及计算机可读存储介质
本专利技术涉及计算机视觉与图像处理领域，尤其涉及一种高速运动物体的图像测量方法。
技术介绍
高速运动物体的变形测量长期困扰着工程
，主要原因是难以在可接受成本和数据完整性之间获得一个折中。一方面，从直观思维来说，高速运动以专业高速相机(如500帧/s以上)拍摄为佳，再辅以一定的图像处理和大数据并行计算单元，即可得到丰富的运动过程变形信息。然而，高速相机及由其组建的双目系统或多目系统总成本动辄几十万到上百万，这给高速运动图像采集及测量带来了极大的局限，难以大规模推广。另一方面，相比之下，普通工业相机(10～30帧/s)的价格则十分低廉，受到工程测量的广泛应用，但因其帧率低，仅能拍摄稀疏的高速运动图像，无法捕获完整的高速运动数据，从而不能借以恢复高速运动信息，因而现有技术中还不能直接用于高速运动的图像采集和测量。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提出一种高速运动物体的图像测量方法，通过采用普通工业相机即可实现高速运动物体的图像采集和测量，实现了低成本、高可控性地对高速运动物体进行图像测量。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种高速运动物体的图像测量方法，包括以下步骤：S1：在被测物体的表面上设置待测标记组件，并布置测量系统，其中，所述测量系统包括计算单元和至少两个低速相机；S2：在所述被测物体做高速周期运动时，布置外部传感器根据所述待测标记组件采集所述被测物体的运动信号，并将所述运动信号输入到所述计算单元；S3：所述计算单元根据所述运动信号计算得到所述被测物体的运动周期；S4：将所述运动周期等分为n份细分周期，并以所述细分周期作为周期偏移量，根据所述运动周期和所述周期偏移量来控制至少两个所述低速相机的触发时间以使得至少两个所述低速相机分别获取至少n幅运动图像，n为大于1的整数；S5：根据多幅所述运动图像对所述被测物体进行多个运动状态的三维重建；S6：根据三维重建的结果计算得到所述被测物体的动态变形场。优选地，步骤S1中在被测物体的表面上设置待测标记组件具体包括：静止状态下，在被测物体的表面的第一区域上粘贴反光标记条，并在所述被测物体的表面的第二区域上先采用白色喷漆喷制散斑基底，再采用黑色喷漆喷制散斑，其中，所述第一区域和所述第二区域为两个不同的区域。优选地，步骤S2中布置外部传感器根据所述待测标记组件采集所述被测物体的运动信号具体包括：将所述外部传感器正对所述被测物体，使得在所述被测物体做高速周期运动时，所述外部传感器打到所述待测标记组件上的光束反射回光信号；所述外部传感器接收所述光信号；将所述光信号设置为所述运动信号。优选地，步骤S3中具体包括：所述计算单元通过时频转换得到所述运动信号的频率，再通过频率计算得到所述被测物体的运动周期。进一步地，步骤S3具体包括：所述计算单元利用傅里叶变换将(Xi，0)由时域转换为频域，得到(X′i，Y′i)，计算转换后(X′i，Y′i)每一位置上的功率值Pi＝X′2i+Y′2i；然后找到所有的功率值Pi中的最大值Pmax，并将最大值Pmax对应的i值设定为imax；计算所述外部传感器采集的所述运动信号的频率f＝imax/Ts；计算得到所述被测物体的运动周期T＝1/f；其中，Xi为所述计算单元接收到的运动信号的离散值，i＝1,2,......,Np，Np为所述计算单元接收到的运动信号的离散值的数据个数，X′i、Y′i分别为运动信号的离散值的二维数据表示；Ts为所述外部传感器采集所述运动信号的时间。优选地，步骤S4中将所述运动周期等分为n份细分周期，并以所述细分周期作为周期偏移量，根据所述运动周期和所述周期偏移量来控制至少两个所述低速相机的触发时间具体包括：将所述运动周期T等分为n份细分周期，每一份所述细分周期作为一个周期偏移量ΔT＝T/n，根据所述运动周期和所述周期偏移量来控制至少两个所述低速相机的触发时间，一个细分周期倍数n次的触发时间依次为：T、2T+ΔT、……、nT+(n-1)ΔT。优选地，步骤S4中至少两个所述低速相机分别获取至少n幅运动图像具体包括：至少两个所述低速相机分别获取至少一个细分周期倍数的多幅运动图像，该至少一个细分周期倍数的多幅运动图像的采集时间为N*[nT+(n-1)ΔT]，其中N为大于或等于1的整数。优选地，步骤S4还包括：对于高速周期运动的所述运动图像进行校正。进一步地，如果被测物体所做高速周期运动为高速旋转运动时，对于高速旋转运动的图像进行校正的步骤包括：检测待校正图像与参考图像之间的共同特征点，得到初始匹配特征点对；剔除所述初始匹配特征点对中存在的错误匹配点对，得到正确的最终匹配点对；利用所述最终匹配点对计算所述待校正图像与所述参考图像的相对旋转中心和旋转量；采用所述相对旋转中心和所述旋转量对所述待校正图像进行校正。优选地，步骤S5具体包括：采用数字图像相关方法对多个运动图像进行图像匹配，得到图像维度上所述被测物体的同名点二维坐标；并根据所述测量系统的标定参数，结合双目立体视觉技术，获得所述被测物体的空间坐标及空间坐标点云组成的表面形貌。优选地，步骤S6具体包括：设置一个所述被测物体的基准状态，并将所述基准状态下的所述被测物体的变形设为0，所述基准状态下的空间坐标场设为基准空间坐标场；将每个变形状态的变形空间坐标场与所述基准空间坐标场进行相减，得到所述被测物体在高速运动时的空间位移场，再利用平面投影和应变梯度张量计算，得到所述被测物体的动态变形场。本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以实现下述步骤：接收外部传感器采集的被测物体的运动信号，根据所述运动信号计算得到所述被测物体的运动周期；将所述运动周期等分为n份细分周期，并以所述细分周期作为周期偏移量，根据所述运动周期和所述周期偏移量来控制测量系统中的至少两个低速相机的触发时间以使得至少两个所述低速相机分别获取至少n幅运动图像，n为大于1的整数；然后根据多幅所述运动图像对所述被测物体进行多个运动状态的三维重建；最后根据三维重建的结果计算得到所述被测物体的动态变形场。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的高速运动物体的图像测量方法，通过合理细分运动周期，设置相机触发时间，获得感兴趣相位上的可控性，很容易实现高速运动物体的图像的采集控制，且可通过较小的细分周期，即较小的周期偏移量，获得丰富的高速运动图像，得到完整的周向运动信息，从而通过普通工业低速相机就能高速运动物体的图像采集，以实现低成本、高可控性的高速运动物体图像采集，再通过数字图像相关和立体匹配技术，完成高速运动物体三维全场动态变形测量。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：在被测物体的表面上设置待测标记组件，并布置测量系统，其中，所述测量系统包括计算单元和至少两个低速相机；/nS2：在所述被测物体做高速周期运动时，布置外部传感器根据所述待测标记组件采集所述被测物体的运动信号，并将所述运动信号输入到所述计算单元；/nS3：所述计算单元根据所述运动信号计算得到所述被测物体的运动周期；/nS4：将所述运动周期等分为n份细分周期，并以所述细分周期作为周期偏移量，根据所述运动周期和所述周期偏移量来控制至少两个所述低速相机的触发时间以使得至少两个所述低速相机分别获取至少n幅运动图像，n为大于1的整数；/nS5：根据多幅所述运动图像对所述被测物体进行多个运动状态的三维重建；/nS6：根据三维重建的结果计算得到所述被测物体的动态变形场。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在被测物体的表面上设置待测标记组件，并布置测量系统，其中，所述测量系统包括计算单元和至少两个低速相机；
S2：在所述被测物体做高速周期运动时，布置外部传感器根据所述待测标记组件采集所述被测物体的运动信号，并将所述运动信号输入到所述计算单元；
S3：所述计算单元根据所述运动信号计算得到所述被测物体的运动周期；
S4：将所述运动周期等分为n份细分周期，并以所述细分周期作为周期偏移量，根据所述运动周期和所述周期偏移量来控制至少两个所述低速相机的触发时间以使得至少两个所述低速相机分别获取至少n幅运动图像，n为大于1的整数；
S5：根据多幅所述运动图像对所述被测物体进行多个运动状态的三维重建；
S6：根据三维重建的结果计算得到所述被测物体的动态变形场。


2.根据权利要求1所述的高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，步骤S1中在被测物体的表面上设置待测标记组件具体包括：静止状态下，在被测物体的表面的第一区域上粘贴反光标记条，并在所述被测物体的表面的第二区域上先采用白色喷漆喷制散斑基底，再采用黑色喷漆喷制散斑，其中，所述第一区域和所述第二区域为两个不同的区域。


3.根据权利要求1所述的高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，步骤S2中布置外部传感器根据所述待测标记组件采集所述被测物体的运动信号具体包括：将所述外部传感器正对所述被测物体，使得在所述被测物体做高速周期运动时，所述外部传感器打到所述待测标记组件上的光束反射回光信号；所述外部传感器接收所述光信号；将所述光信号设置为所述运动信号。


4.根据权利要求1所述的高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，步骤S3中具体包括：所述计算单元通过时频转换得到所述运动信号的频率，再通过频率计算得到所述被测物体的运动周期。


5.根据权利要求4所述的高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，步骤S3具体包括：所述计算单元利用傅里叶变换将(Xi，0)由时域转换为频域，得到(Xi′，Yi′)，计算转换后(Xi′，Yi′)每一位置上的功率值Pi＝Xi′2+Yi′2；然后找到所有的功率值Pi中的最大值Pmax，并将最大值Pmax对应的i值设定为imax；计算所述外部传感器采集的所述运动信号的频率f＝imax/Ts；计算得到所述被测物体的运动周期T＝1/f；其中，Xi为所述计算单元接收到的运动信号的离散值，i＝1,2,......,Np，Np为所述计算单元接收到的运动信号的离散值的数据个数，Xi′、Yi′分别为运动信号的离散值的二维数据表示；Ts为所述外部传感器采集所述运动信号的时间。


6.根据权利要求1所述的高速运动物体的图像测量方法，其特征在于，步骤S4中将所述运动周期等分为n份细分周期，并以所述细分周期作为周期偏移量，根据所述运...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊刚，叶美图，拜宏伟，
申请(专利权)人：新拓三维技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44