一种大视场视频引伸计拼接方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大视场视频引伸计拼接方法和系统，方法包括：配置线性排列的多个相机，建立世界坐标系，分别标定各个所述相机的内参数，分别计算各个所述相机的相机坐标系与所述世界坐标系的变换矩阵；拉伸待测试样的图像序列采集；选取待测点，并对待测点进行追踪和拼接，最后根据对待测点的图像坐标的追踪结果，计算待测点的位移变化量，并根据待测点的位移变化量计算待测试样的应变。本发明专利技术提出的大视场视频引伸计的拼接方法和系统，可以测量大变形范围的材料应变。大变形范围的材料应变。大变形范围的材料应变。

【技术实现步骤摘要】
一种大视场视频引伸计拼接方法和系统


[0001]本专利技术涉及机械加工测量
，尤其涉及一种大视场视频引伸计拼接方法和系统。

技术介绍

[0002]材料的力学性能是结构设计的基础，在工程应用中至关重要。应力和应变是评定材料力学性能的主要参数。这些参数通常通过力学实验测得。测量试样表面应变的方法分为接触式测量和非接触式测量两种。
[0003]传统的接触式测量方法，比如应变片和夹持式引伸计。应变片粘贴在试件表面通过拉伸变形获得实时应变，然而应变片不能适用材料大变形测量。夹持式引伸计将两个刀口安装在试件表面以测量应变，然而刀口与试件在拉伸过程中会产生打滑而降低测量精度，由于机械安装位置的限制，测量范围也非常有限。
[0004]非接触式测量方法，比如视频引伸计。视频引伸计通过光电测量与图像处理技术，跟踪试件表面特征点的位移变化来测量应变，具有无损、自动、高效、可同时测量纵向和横向应变的优点。然而，对于弹性变形范围较大的材料(比如橡胶、塑料等)或者当被测结构尺寸较大时，现有的方法和技术不能适用。
[0005]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

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术提出一种大视场视频引伸计的拼接方法和系统，可以测量大变形范围的材料应变。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术公开了一种大视场视频引伸计拼接方法，包括以下步骤：
[0009]S1：配置线性排列的多个相机，每相邻的两个所述相机在待测试样上的视野存在重叠区域；
[0010]S2：在所述待测试样上配置多个标志点和包含多个特征点的特征图案，通过采集图像计算全部所述标志点的三维坐标以建立世界坐标系；
[0011]S3：分别标定各个所述相机的内参数；
[0012]S4：分别计算各个所述相机的相机坐标系与所述世界坐标系的变换矩阵；
[0013]S5：拉伸所述待测试样，并通过各个所述相机同步采集所述待测试样在拉伸变形过程中的图像序列；
[0014]S6：选取拉伸初始状态的图像作为基准状态，在基准状态的图像中选取两个待测点，两个所述待测点为标记点和/或特征点，并在采集到所述待测点的对应相机所采集的图像序列中，对所述待测点的图像坐标进行追踪，其中所选取的两个待测点在拉伸变形过程
中的移动方向相反；
[0015]S7：利用所述相机的相机坐标系与所述世界坐标系的变换矩阵，对所述待测点进行三维重建，再将所述待测点重投影到相邻的下一个所述相机的相机坐标系下，在该相邻的下一个所述相机所采集的图像中找到与重投影的所述待测点的点距在预设阈值之内的待测拼接点；
[0016]S8：将步骤S7找到的所述待测拼接点作为该相邻的下一个所述相机的待测点，并在该相邻的下一个所述相机所采集的图像序列中，对所述待测点的图像坐标进行追踪，并返回步骤S7，直到追踪到各个所述相机的所采集的图像序列的最后一个状态；
[0017]S9：根据步骤S6和步骤S8对所述待测点的图像坐标的追踪结果，计算所述待测点的位移变化量，并根据所述待测点的位移变化量计算所述待测试样的应变。
[0018]优选地，步骤S1中每相邻的两个所述相机在待测试样上的视野存在的重叠区域至少占所述相机的图像幅面宽度的1/5。
[0019]优选地，步骤S6中选取的两个所述待测点在基准状态下均能够被多个所述相机中位于中间的同一相机采集到。
[0020]优选地，步骤S1中配置的所述相机的数量为N，N为大于1的奇数，且步骤S6中选取的两个所述待测点在基准状态下均能够被多个所述相机中的最中间的相机采集到。
[0021]优选地，步骤S6和步骤S8中对所述待测点的图像坐标进行追踪包括：采用同名点追踪法来确定所述待测点的图像坐标。
[0022]优选地，步骤S7具体包括：
[0023]S71：通过相机投影几何原理，计算所述待测点的三维坐标：
[0024][0025]式中，(X
C
,Y
C
,Z
C
)为所述待测点在相机坐标系下的坐标，(x,y)为所述待测点的图像坐标，f为焦距；
[0026]S72：将所述待测点的三维坐标转换到世界坐标系下：
[0027][0028]式中，
W
P(X
W
,Y
W
,Z
W
)为所述待测点在世界坐标系下的三维坐标，为所述待测点在当前相机坐标系下的三维坐标，为当前相机坐标系与世界坐标系的变换矩阵；
[0029]S73：将世界坐标系下的所述待测点的三维坐标重投影到相邻的下一个所述相机的相机坐标系下，通过步骤S71中的公式计算所述待测点在该相邻的下一个所述相机下的图像坐标；
[0030]S74：在该相邻的下一个所述相机下设定检测的预设阈值ε，检测该相邻的下一个所述相机下中备选的待测点，如果备选的待测点满足则确定该备选的待测点为待测拼接点，其中，(x
′
,y
′
)为步骤S73中计算得到的所述待测点在该相邻的
下一个所述相机下的图像坐标，(x
″
,y
″
)为备选的待测点在该相邻的下一个所述相机下的图像坐标。
[0031]优选地，步骤S9具体包括：
[0032]S91：根据下式计算两个所述待测点的位移变化量分别为(d
x
,d
y
)和(d
′
x
,d
′
y
)：
[0033][0034][0035]式中，
[0036]其中(u
n
(t0),v
n
(t0))、(u
n
′
(t0),v
n
′
(t0))分别为第n相机下初始时刻t0两个所述待测点的像素坐标，(u
n
(t
i
),v
n
(t
i
))、(u
n
′
(t
i
),v
n
′
(t
i
))分别为第n相机下初始时刻t
i
两个所述待测点的像素坐标，N为所述相机的数量，N为大于1的奇数；
[0037]S92：根据下式计算所述待测试样的横向应变ε
x
和纵向应变ε
y
：
[0038][0039][0040]式中，(u1(t0),v1(t0))、(u1′
(t0),v1′
(t0))分别为步骤S6中采集到所述待测点的对应相机下初始时刻t0两个所述待测点的像素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场视频引伸计拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：配置线性排列的多个相机，每相邻的两个所述相机在待测试样上的视野存在重叠区域；S2：在所述待测试样上配置多个标志点和包含多个特征点的特征图案，通过采集图像计算全部所述标志点的三维坐标以建立世界坐标系；S3：分别标定各个所述相机的内参数；S4：分别计算各个所述相机的相机坐标系与所述世界坐标系的变换矩阵；S5：拉伸所述待测试样，并通过各个所述相机同步采集所述待测试样在拉伸变形过程中的图像序列；S6：选取拉伸初始状态的图像作为基准状态，在基准状态的图像中选取两个待测点，两个所述待测点为标记点和/或特征点，并在采集到所述待测点的对应相机所采集的图像序列中，对所述待测点的图像坐标进行追踪，其中所选取的两个待测点在拉伸变形过程中的移动方向相反；S7：利用所述相机的相机坐标系与所述世界坐标系的变换矩阵，对所述待测点进行三维重建，再将所述待测点重投影到相邻的下一个所述相机的相机坐标系下，在该相邻的下一个所述相机所采集的图像中找到与重投影的所述待测点的点距在预设阈值之内的待测拼接点；S8：将步骤S7找到的所述待测拼接点作为该相邻的下一个所述相机的待测点，并在该相邻的下一个所述相机所采集的图像序列中，对所述待测点的图像坐标进行追踪，并返回步骤S7，直到追踪到各个所述相机的所采集的图像序列的最后一个状态；S9：根据步骤S6和步骤S8对所述待测点的图像坐标的追踪结果，计算所述待测点的位移变化量，并根据所述待测点的位移变化量计算所述待测试样的应变。2.根据权利要求1所述的大视场视频引伸计拼接方法，其特征在于，步骤S1中每相邻的两个所述相机在待测试样上的视野存在的重叠区域至少占所述相机的图像幅面宽度的1/5。3.根据权利要求1所述的大视场视频引伸计拼接方法，其特征在于，步骤S6中选取的两个所述待测点在基准状态下均能够被多个所述相机中位于中间的同一相机采集到。4.根据权利要求1所述的大视场视频引伸计拼接方法，其特征在于，步骤S1中配置的所述相机的数量为N，N为大于1的奇数，且步骤S6中选取的两个所述待测点在基准状态下均能够被多个所述相机中的最中间的相机采集到。5.根据权利要求1所述的大视场视频引伸计拼接方法，其特征在于，步骤S6和步骤S8中对所述待测点的图像坐标进行追踪包括：采用同名点追踪法来确定所述待测点的图像坐标。6.根据权利要求1所述的大视场视频引伸计拼接方法，其特征在于，步骤S7具体包括：S71：通过相机投影几何原理，计算所述待测点的三维坐标：
式中，(X
C
,Y
C
,Z
C
)为所述待测点在相机坐标系下的坐标，(x,y)为所述待测点的图像坐标，f为焦距；S72：将所述待测点的三维坐标转换到世界坐标系下：式中，
W
P(X
W
,Y
W
,Z
W
)为所述待测点在世界坐标系下的三维坐标，为所述待测点在当前相机坐标系下的三维坐标，为当前相机坐标系与世界坐标系的变换矩阵；S73：将世界坐标系下的所述待测点的三维坐标重投影到相邻的下一个所述相机的相机坐标系下，通过步骤S71中的公式计算所述待测点在该相邻的下一个所述相机下的图像坐标；S74：在该相邻的下一个所述相机下设定检测的预设阈值ε，检测该相邻的下一个所述相机下中备选的待测点，如果备选的待测点满足则确定该备选的待测点为待测拼接点，其中，(x
′
,y
′
)为步骤S73中计算得到的所述待测点在该相邻的下一个所述相机下的图像坐标，(x
″
,y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋召玉，李磊刚，柏晓春，刘坤，
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：