基于立体视觉的三向接触应力表征方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法及装置，其中，方法包括：利用透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得特征层上的特征点发生移动；通过立体视觉系统对特征点移动进行采集，并对特征点进行图像运算，计算表层三维位移场；根据弹性体本构关系求解弹性力学方程或有限元模型，得到施加在三向接触应力表征系统的上表面的应力分布。本申请实施例的方法以小的结构复杂度，实现高空间分辨率和时间分辨率的法向和切向接触应力的表征。

【技术实现步骤摘要】
基于立体视觉的三向接触应力表征方法及装置
本申请涉及力传感
，特别涉及一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法及装置。
技术介绍
物体在表面上接触，粘附或移动时的接触应力是各种物理，生物和工程领域的关键问题。接触应力本质上是具有空间分布特征的。目前，相关表征技术中，常见的界面力测量方法(例如悬臂式应变片，天平，及原子力显微镜)只能够测量接触表面上的平均值，而无法得到接触界面的应力分布信息。表征接触界面的应力分布信息在包括解释摩擦和粘附的起源，表征生物体的运动机制，实现机器手的灵巧操作等方面具有重要价值。另外，凭借众多电极阵列结构，现有的电子皮肤可以以一定的空间分辨率表征法向力和剪切力的分布。但是，精细的传感器阵列需要引入复杂的线路系统，也增加了信号处理的复杂度，还限制了高空间分辨率表征能力，有待改进。申请内容本申请提供一种基于立体视觉的三向接触应力表征及装置，以解决精细的传感器阵列需要引入复杂的线路系统，且增加了信号处理的复杂度，还限制了高空间分辨率表征能力等问题。本申请第一方面实施例提供一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法，其中，三向接触应力表征系统包括固定于透明支撑体上的透明弹性体、覆盖于所述透明弹性体上的特征层、覆盖于所述特征层上的不透明图层及捕捉并重构所述特征的位移场信息的立体视觉系统，其中，方法包括以下步骤：利用所述透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得所述特征层上的特征点发生移动；通过所述立体视觉系统包括但不仅限于双目立体相机对所述特征点移动进行拍摄，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场；根据弹性体本构关系求解弹性力学方程或有限元模型，得到施加在所述三向接触应力表征系统的上表面的应力分布。可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用所述透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得所述特征层上的特征点发生移动，包括：根据所述立体视觉系统选择目标标定装置，并通过标定测量获得所述三向接触应力表征系统的内外参数；放置覆盖有散斑涂层的特征层和所述不透明涂层的透明弹性体，打开光源，以调整所述立体视觉系统使聚焦于所述特征层，开始图像采集或扫描成像。可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行采集，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场，包括：将待测的力或物体与所述不透明涂层上表面接触，并施加接触外力，获取由立体视觉系统进行图像采集或扫描得到所述特征层的图像。可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行拍摄，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场，还包括：根据所述特征层的图像进行逐帧特征点匹配，对所述特征层的特征点进行三维重构，得到不同时刻的散斑层的三维坐标；利用所述三维坐标减去初始坐标，得到不同时刻的表层变形场。可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据弹性体本构关系求解弹性力学方程，得到施加在所述三向接触应力表征系统的上表面的应力分布，包括：利用预设的所述透明弹性体的本构模型和所述表层变形场，通过求解所述弹性力学方程，或求解有限元模型，得到施加在所述透明弹性体的表面的三维应力分布。本申请第二方面实施例提供一种基于立体视觉的三向接触应力表征装置，其特征在于，其中，三向接触应力表征系统包括固定于透明支撑体上的透明弹性体、覆盖于所述透明弹性体上的特征层、覆盖于所述特征层上的不透明图层及捕捉并重构所述特征的位移场信息的立体视觉系统，其中，装置包括：变形模块，用于利用所述透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得所述特征层上的特征点发生移动；采集模块，用于通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行采集，并对所述特征点进行图像运算得到表层三维位移场；表征模块，用于根据弹性体本构关系求解弹性力学方程或有限元模型，得到施加在所述三向接触应力表征系统的上表面的应力分布。可选地，在本申请的一个实施例中，所述变形模块具体用于根据所述立体视觉系统选择目标标定装置，并通过标定测量获得所述三向接触应力表征系统的内外参数，并且放置覆盖有散斑涂层的特征层和所述不透明涂层的透明弹性体，打开光源，以调整所述立体视觉系统使聚焦于所述特征层，开始图像采集或扫描成像。可选地，在本申请的一个实施例中，所述采集模块具体用于将待测的力或物体与所述不透明涂层上表面接触，并施加接触外力，获取由立体视觉系统进行图像采集或扫描得到所述特征层的图像。可选地，在本申请的一个实施例中，所述采集模块还用于根据所述特征层的图像进行逐帧特征点匹配，对所述特征层的特征点进行三维重构，得到不同时刻的散斑层的三维坐标，并且利用所述三维坐标减去初始坐标，得到不同时刻的表层变形场。可选地，在本申请的一个实施例中，所述表征模块具体用于利用预设的所述透明弹性体的本构模型和所述表层变形场，通过求解所述弹性力学方程，或求解有限元模型，得到施加在所述透明弹性体的表面的三维应力分布。通过图像方法由测得变形场计算应力场，可以充分利用高分辨率相机的成熟技术和不断发展的图像处理算法，同时大大减少结构复杂度，同时实现高空间分辨率和时间分辨率的的法向和切向接触应力的表征。由此，解决了精细的传感器阵列需要引入复杂的线路系统，且增加了信号处理的复杂度，还限制了高空间分辨率表征能力等问题。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。附图说明本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本申请实施例提供的一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法的流程图；图2为根据本申请一个实施例的三向接触应力表征系统的结构示意图；图3为根据本申请一个具体实施例的基于立体视觉的三向接触应力表征方法的流程图图4为根据本申请实施例的基于立体视觉的三向接触应力表征装置的示例图。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。下面参考附图描述本申请实施例的基于立体视觉的三向接触应力表征及装置。针对上述
技术介绍
中提到的高分辨率地表征接触界面的应力分布的问题，本申请提供了一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法，在该方法中，通过图像方法由测得变形场计算应力场，可以充分利用高分辨率相机的成熟技术和不断发展的图像处理算法，同时大大减少结构复杂度，同时实现高空间分辨率的法向和切向接触应力的表征。由此，解决了精细的传感器阵列需要引入复杂的线路系统，且增加了信号处理的复杂度，还限制了高空间分辨率表征能力等问题。具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法的流程示意图。如图1所示，该基于立体视觉的三向接触应力表征方法包括以下步骤：首先，对三向接触应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法，其特征在于，其中，三向接触应力表征系统包括固定于透明支撑体上的透明弹性体、覆盖于所述透明弹性体上的特征层、覆盖于所述特征层上的不透明图层及捕捉并重构所述特征的位移场信息的立体视觉系统，其中，方法包括以下步骤：/n利用所述透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得所述特征层上的特征点发生移动；/n通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行采集，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场；以及/n根据弹性体本构关系求解弹性力学方程或有限元模型，得到施加在所述三向接触应力表征系统的上表面的应力分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于立体视觉的三向接触应力表征方法，其特征在于，其中，三向接触应力表征系统包括固定于透明支撑体上的透明弹性体、覆盖于所述透明弹性体上的特征层、覆盖于所述特征层上的不透明图层及捕捉并重构所述特征的位移场信息的立体视觉系统，其中，方法包括以下步骤：
利用所述透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得所述特征层上的特征点发生移动；
通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行采集，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场；以及
根据弹性体本构关系求解弹性力学方程或有限元模型，得到施加在所述三向接触应力表征系统的上表面的应力分布。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述透明弹性体上表面与外界物体接触产生变形，使得所述特征层上的特征点发生移动，包括：
根据所述立体视觉系统选择目标标定装置，并通过标定测量获得所述三向接触应力表征系统的内外参数；
放置覆盖有散斑涂层的特征层和所述不透明涂层的透明弹性体，打开光源，以调整所述立体视觉系统使聚焦于所述特征层，开始图像采集或扫描成像。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行拍摄，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场，包括：
将待测的力或物体与所述不透明涂层上表面接触，并施加接触外力，获取由立体视觉系统进行图像采集或扫描得到所述特征层的图像。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述立体视觉系统对所述特征点移动进行采集，并对所述特征点进行图像运算，计算表层三维位移场，还包括：
根据所述特征层的图像进行逐帧特征点匹配，对所述特征层的特征点进行三维重构，得到不同时刻的散斑层的三维坐标；
利用所述三维坐标减去初始坐标，得到不同时刻的表层变形场。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据弹性体本构关系求解弹性力学方程，得到施加在所述三向接触应力表征系统的上表面的应力分布，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：田煜，李远哲，白鹏鹏，侯鑫，李新新，孟永钢，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11