一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法技术

本发明专利技术涉及一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，所述方法步骤包括：构建高速双目视觉测量网络；控制高速双目视觉测量网络获取影像数据；对采集到的影像进行数据处理，获取测试对象的三维运动轨迹；对三维运动轨迹进行冲击响应参数解析，得到冲击动态响应参数。本发明专利技术利用双目视觉原理获取测试对象的三维运动轨迹，并在此基础上解析测试过程中的冲击响应参数。克服了传统接触式传感器安装困难、监测维度单一、难以适应复杂测试环境等缺点，提供了一种新的动态响应参数分析方法。供了一种新的动态响应参数分析方法。供了一种新的动态响应参数分析方法。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法


[0001]本专利技术涉及冲击测试
，尤其是涉及一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法。

技术介绍

[0002]冲击环境是导弹、火箭、卫星等航天器所要面临的严酷力学环境，具有量级高、破坏性强等特点，往往会导致弹/箭/星上重要精密电子设备的损坏。为了保障航天器产品在冲击状态下能正常工作，需要开展冲击实验研究测试其效能。在这类测试任务中，如何获取测试目标在冲击环境下的动态响应参数是一项关键的内容。
[0003]传统采用接触式传感器来获取冲击动态响应参数。微振动参数测量系统是其中的典型代表，主要由微振动参数测量仪和若干加速度计组成的一个传感器网络。传感器网络负责将所要测量的振动力学参数信号转换为可被计算机系统识别的电信号，并传递给微振动参数测量仪，微振动参数测量仪则负责对不同传感器的供电并实现信号采集、传输和存储。在测量过程中，需要将传感器布设于测量对象的不同测量位置，增加了测试对象的系统体积和质量，而且面对不同振动环境及其复杂性，微振动测量系统对故障容错能力要求较高。总体而言，接触式传感器存在量程有限、测量区域小、测点间基准不一致、安装费时费力、增加模型质量、单一维度监测、难以适应复杂测试环境等限制。
[0004]近年来，以高速摄影测量为代表的非接触式测量方法得到极大的发展，开始拓展到传统接触式传感器的应用领域。该方法以影像形式详细记录高速运动物体的变化状态，并通过摄影测量方法精确地解析目标特征点的三维空间坐标变化及其三维形变，分析试验过程中关键参数的时空动态变化特征，对测试目标进行快速乃至实时的密集测量。
[0005]高速视频测量技术具有非接触式、高精度、高频率、不伤及测量对象、三维监测等优点，已广泛应用于工程测试领域的各类实验中，包括工厂现场振动和运动分析，汽车工业测试(汽车碰撞试验、安全气囊测试和燃烧测试)，材料测试(滴落测试、爆炸和断裂及变形测试)，军工测试(武器打击评估、飞行器发射与飞行状态监测、装备材料性能测试等)和高速物理过程实验室研发观测等方面。
[0006]但在冲击测试这种类型的试验中，冲击产生了高频值的震荡波形，持续时间很短，与此相对应的微振动在高速影像序列中位移小、不易识别，目前尚未有应用高速视觉测量方法来获取动态响应参数的研究成果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服传统接触式传感器方法存在安装困难、监测维度单一、难以适应复杂测试环境等缺点而提供一种用于获取冲击测试动响应的高速视觉测量方法。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，所述方法步骤包括：
[0010]构建高速双目视觉测量网络；
[0011]控制高速双目视觉测量网络获取影像数据；
[0012]对采集到的影像进行数据处理获取测试对象的三维运动轨迹；
[0013]对三维运动轨迹进行冲击响应参数解析，得到测试过程中的冲击动态响应参数。
[0014]进一步的，所述高速双目视觉测量网络采用每两台高速相机成交向摄影测量方式；并对高速相机进行立体标定，获取相机内方位参数、镜头畸变参数以及外方位参数，建立相机间的相对定向关系。
[0015]进一步的，对采集到的影像进行数据处理包括对散斑影预处理、测量目标双匹配和三维点云重建；
[0016]其中，所述测量目标双匹配包括左右影像同名点匹配和序列影像目标跟踪匹配。
[0017]进一步的，所述对散斑影预处理包括参考影像选取、兴趣区提取和目标点位确定。
[0018]进一步的，所述左右影像同名点匹配是在左右相机影像中定位同一目标点，使用由粗到精的匹配策略：
[0019]粗匹配通过计算归一化相关系数来确定整像素匹配粗略点位；
[0020]精匹配时算法中会确定一个局部搜索区域，先确定第一影像中目标点在第一影像兴趣区中的位置关系，然后再推算出该同名点在第二影像兴趣区中大致的范围，由此来决定影像匹配搜索区域。
[0021]进一步的，所述粗匹配使用零均值归一化互相关函数，计算公式如下：
[0022][0023]式中，和分别是目标影像块与待匹配影像块的平均灰度值。
[0024]进一步的，所述序列影像目标跟踪匹配用于获得各目标点序列影像坐标，步骤如下：
[0025]基于各相机所得到的序列影像，分别获取目标跟踪匹配的目标影像；其中，所述目标跟踪匹配的目标影像采用同名点匹配过程获取的目标影像块；
[0026]下一帧的搜索区域由上一帧的目标位置所确定；
[0027]获取每一个目标点都可获得其在序列影像上的坐标。
[0028]进一步的，所述三维点云重建步骤如下：
[0029]基于高速相机立体标定所确定各相机的内外方位元素，在两台相机采集的序列影像中每获得一对同名点的像点坐标；
[0030]通过基于共线方程的前方交会解算同名点的三维点位；
[0031]通过空间和时间上的累积，获得过程中完整的点云数据。
[0032]进一步的，所述冲击响应参数解析步骤如下：
[0033]通过对位移数据的一次差分和二次差分计算得到冲击测试过程中测量目标的速度和加速度，利用获得的加速度数据计算冲击实验中测量对象的动态响应参数，获取测量对象的冲击响应谱。
[0034]进一步的，所述冲击响应谱的获取步骤如下：
[0035]将测量对象视为被施加了冲击激励的一系列线性单自由度弹簧质量系统；
[0036]对于其中各单自由度弹簧质量系统，求解其相对响应的运动方程：
[0037][0038]式中，为输入该单自由度弹簧质量系统的冲击激励加速度信号，ω
n
为无阻尼固有频率；ξ为统阻尼比；z为质量块相对于基座的相对位移；
[0039]得到各单自由度弹簧质量系统的冲击响应峰值与单自由度弹簧质量系统固有频率之间的关系；
[0040]将各单自由度系统的最大响应值作为对应于系统固有频率的函数绘制成一条响应曲线，获得频域的冲击响应谱表达。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0042]利用双目视觉原理获取测试对象的三维运动轨迹，并在此基础上解析测试过程中的冲击响应参数。克服了接触式传感器存在量程有限、测量区域小、测点间基准不一致、安装费时费力、增加模型质量、单一维度监测、难以适应复杂测试环境等限制等缺点。该方法在空气炮冲击测试实验中获取了测试目标在微小时间间隔中的三维形态变化，提供了一种新的动态响应参数分析方法。
附图说明
[0043]图1为本专利技术的冲击响应高速视觉测量方法框架示意图；
[0044]图2为相机标定模型示意图；
[0045]图3为同名点匹配示意图；
[0046]图4为序列影像中目标点的跟踪匹配示意图；
[0047]图5为空气炮冲击试验测量场景示意图；
[0048]图6为测试对象表面的散斑图案示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，其特征在于，所述方法步骤包括：构建高速双目视觉测量网络；控制高速双目视觉测量网络获取影像数据；对采集到的影像进行数据处理，获取测试对象的三维运动轨迹；对三维运动轨迹进行冲击响应参数解析，得到冲击动态响应参数。2.根据权利要求1所述的一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，其特征在于，所述高速双目视觉测量网络采用每两台高速相机成交向摄影测量方式；并对高速相机进行立体标定，获取相机内方位参数、镜头畸变参数以及外方位参数，建立相机间的相对定向关系。3.根据权利要求2所述的一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，其特征在于，对采集到的影像进行数据处理包括对散斑影预处理、测量目标双匹配和三维点云重建；其中，所述测量目标双匹配包括左右影像同名点匹配和序列影像目标跟踪匹配。4.根据权利要求3所述的一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，其特征在于，所述对散斑影预处理包括参考影像选取、兴趣区提取和目标点位确定。5.根据权利要求3所述的一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，其特征在于，所述左右影像同名点匹配是在左右相机影像中定位同一目标点，使用由粗到精的匹配策略：粗匹配通过计算归一化相关系数来确定整像素匹配粗略点位；精匹配时算法中会确定一个局部搜索区域，先确定第一影像中目标点在第一影像兴趣区中的位置关系，然后再推算出该同名点在第二影像兴趣区中大致的范围，由此来决定影像匹配搜索区域。6.根据权利要求5所述的一种冲击测试动响应的高速视觉测量方法，其特征在于，所述粗匹配使用零均值归一化互相关函数，计算公式如下：式中，和分别是目标影像块与待匹配影像块的平均灰度值。7.根据权利要求3所述的一种冲击测试动响应的高速视觉测量方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，童小华，高仪，叶真，谢欢，冯永玖，刘世杰，金雁敏，许雄，柳思聪，王超，徐聿升，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：