一种激光混合人工散斑投影成像采集控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，属于变形测量技术领域。该系统包括工业控制计算机、工业相机镜头、单纵模固体激光器、多步滤波镜组、LED补光灯、数显平移台和空间滤波扩束镜组，工业相机镜头和单纵模固体激光器均连接工业控制计算机，工业相机镜头正对数显平移台，数显平移台前下方设置LED补光灯，工业相机镜头和数显平移台之间设置多步滤波镜组，单纵模固体激光器和数显平移台之间设置空间滤波扩束镜组。该系统在被测物表面生成人工散斑和激光散斑，形成混合散斑，并且通过分时投影和成像控制方法对上述混合散斑场进行采集，解决人工散斑现有的不足，能够很好地推动数字图像相关方法的发展和应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种激光混合人工散斑投影成像采集控制系统


[0001]本技术涉及变形测量
，特别是指一种径向共体短砌高抗渗衬砌结构。

技术介绍

[0002]近年来，基于数字图像相关方法的非接触式变形测量技术在光测力学、变形测量和各类工程测量领域得到了广泛的应用。数字图像相关法最早实在上世纪80年代初由日本的山口一郎
[1]和美国南卡罗来纳大学的Peter和Ranson等人
[1
‑
2]相互独立提出，通过比较变形前后的数字图像中的子区灰度，来确定变形前的子区在变形后的图像中的位置。
[0003]数字图像相关方法所使用的特征图样是被称为“散斑”的特征场，通常需要具有“斑点的灰度级别(即黑色的深浅)和斑点的位置和尺寸，都是随机分布的”的特点。
[0004]制备上述“散斑”，一种常用的方法是由人工使用自喷漆或者类似方式喷涂到被测物体上，从而产生随机散斑图样(简称人工散斑)，如图2中所示。但是对于很多高温应用，人工散斑的附着力较差，在高温情况下容易发生褪色、高温烧蚀甚至脱落的情况，即使不是高温应用，由于人工散斑与被测物本体材料不相同，二者的在受力状态下所产生的变形也会由于材料自身性质的不同而产生影响，从而存在不能真实表征被测物受力变形的情况。另一种方法是通过激光制备激光散斑，如图3所示，激光散斑需要比较复杂的投射手段，本身使用的技术难度较高。现有的散斑方案主要是人工散斑或者激光散斑，单独使用，并不会重叠。
[0005]参考文献
[0006][1]Yamaguchi I.A laser
‑
speckle strain gauge[J].Journal of Physics E:Scientific Instruments.1981,14:1270～1273.
[0007][2]W.H.Peters,W.F.Ranson.Digital Imaging Techniques in Experimental Stress Analysis[J].Optical Engineering.1981，21:427～431.

技术实现思路

[0008]本技术要解决的技术问题是提供一种激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，从而通过新的装置来解决人工散斑现有的不足，尝试在保留现有人工散斑优势的基础上进行不足的补充和提升，将能够很好地推动数字图像相关方法的发展和应用。
[0009]该系统包括工业控制计算机、工业相机镜头、单纵模固体激光器、多步滤波镜组、LED补光灯、数显平移台和空间滤波扩束镜组，工业相机镜头和单纵模固体激光器均连接工业控制计算机，工业相机镜头正对数显平移台，数显平移台前下方设置LED补光灯，工业相机镜头和数显平移台之间设置多步滤波镜组，单纵模固体激光器和数显平移台之间设置空间滤波扩束镜组。
[0010]其中，空间滤波扩束镜组将单纵模固体激光器的单束激光扩束匀光成为面光。
[0011]工业控制计算机控制工业相机镜头在单纵模固体激光器关闭和透射时进行两次
采集，两次采集的参数一致。
[0012]多步滤波镜组包括两块窄带滤波片和一块线性偏振片，在配合上：确保由被测物反射回的光信号先通过线性偏振片，然后通过带宽最窄的窄带滤波片，再通过带宽最宽的窄带滤波片，最后光信号到达成像相机；在距离上：确保窄带滤波片和线性偏振片镜片两两放置的间距不大于最薄镜片厚度的2倍。
[0013]数显平移台上固定被测物。
[0014]多步滤波镜组放置于工业相机镜头之前，为防止额外的杂光漏入镜头内部，控制多步滤波镜组与工业相机镜头前端的距离不大于工业相机镜头自身直径的1/3。
[0015]工业相机镜头的光轴和多步滤波镜组的光轴中心线重合。
[0016]工业相机镜头垂直正对数显平移台以确保相机镜头的光轴同平移台的位移方向垂直度在85
‑
95
°
以内，工业相机镜头和平数显移台的距离满足被测试样占满相机视场60％
‑
80％。
[0017]LED补光灯采用斜40
°‑
60
°
照射到数显平移台上的被测物表面，LED补光灯和数显平移台在保证不遮挡相机成像的前提下尽量靠近，确保LED光被充分照射到被测物上。靠近距离的标准为：经过LED光照射的被测物感兴趣区域在相机成像，此时工业相机镜头的光圈F值中间档位(如F/2，4，6，8，10，则恰好在F6光圈档位)，刚好出现过曝光现象。
[0018]空间滤波扩束镜组的光轴中心线与单纵模固体激光器射出的激光线重合，并且，在不遮挡相机成像的前提下，空间滤波扩束镜组尽量靠近数显平移台，确保扩束出的空间光聚拢照射到被测物上。靠近距离的标准为：保证由空间滤波扩束镜组扩束出的空间面光不少于70％聚拢照射到被测物的感兴趣区域上。
[0019]该系统中，工业相机镜头和多步滤波镜组，用于拍摄经过滤波的被测物图像；LED补光灯，用于提升被测物表面的人工散斑的亮度；工业控制计算机，用于控制工业相机的触发采集和固体激光器的触发协同。
[0020]该系统使用工业控制计算机对工业相机和激光器进行了触发协同，具体为控制相机进行两次采集，第一次在激光器关闭时采集，第二次在激光器投射时再次采集，还需要控制二者的采集参数一致，包括曝光时间、增益和光圈等。从而才能够获得两张不同的散斑图案，包括：第一次采集的人工散斑图和第二次采集的激光散斑图。
[0021]该系统使用的激光照明光源，要求具有严格的相干性，以确保激光经过被测物表面的漫反射以在空间中干涉形成散斑图样。
[0022]该系统使用了工业相机镜头和多步滤波镜组，以确保能够在高温实验中有效抑制背景辐射的光学带通组合滤波手段。
[0023]本技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0024]上述方案中，引入的激光散斑的优势在于高温适应性好，并且激光散斑能够真实跟随物体变形而变形，不存在散斑材料和物体材料不同导致的受力变形不同的问题；使用了高相干性的大功率单纵模固体激光器，配合空间滤波扩束镜组，实现了单束激光扩束匀光成为面光，并保持了相干性和低损耗。同时，为固体激光器设计了程控开闭模块，配合工业控制计算机使用，可以实现根据占空比投射并在被测物表面形成激光散斑。
附图说明
[0025]图1为本技术的激光混合人工散斑投影成像采集控制系统结构示意图；
[0026]图2为本技术中提及的圆形人工散斑示意图；
[0027]图3为本技术中提及的五角星形激光散斑示意图；
[0028]图4为本技术所投射形成的混合散斑示意图。
[0029]其中：1
‑
工业控制计算机；2
‑
工业相机镜头；3
‑
单纵模固体激光器；4
‑
多步滤波镜组；5
‑
LED补光灯；6
‑
数显平移台；7
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，其特征在于，包括工业控制计算机、工业相机镜头、单纵模固体激光器、多步滤波镜组、LED补光灯、数显平移台和空间滤波扩束镜组，工业相机镜头和单纵模固体激光器均连接工业控制计算机，工业相机镜头正对数显平移台，数显平移台上固定被测物，数显平移台前方设置LED补光灯，工业相机镜头和数显平移台之间设置多步滤波镜组，单纵模固体激光器和数显平移台之间设置空间滤波扩束镜组。2.根据权利要求1所述的激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，其特征在于，所述空间滤波扩束镜组将单纵模固体激光器的单束激光扩束匀光成为面光。3.根据权利要求1所述的激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，其特征在于，所述工业控制计算机控制工业相机镜头在单纵模固体激光器关闭和透射时进行两次采集，两次采集的参数一致。4.根据权利要求1所述的激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，其特征在于，所述多步滤波镜组包括两块窄带滤波片和一块线性偏振片，在配合上：确保由被测物反射回的光信号先通过线性偏振片，然后通过带宽最窄的窄带滤波片，再通过带宽最宽的窄带滤波片，最后光信号到达成像相机；在距离上：确保窄带滤波片和线性偏振片镜片两两放置的间距不大于最薄镜片厚度的2倍。5.根据权利要求1所述的激光混合人工散斑投影成像采集控制系统，其特征在于，所述多步滤波镜组放置于工业相机镜头之前，为防止额外的杂光漏入镜头内部，控制多步滤波镜组...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳建宏，刘福佳，刘阳，裴敏怡，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：新型
国别省市：