[发明专利]一种物体碰撞恢复系数的非接触式测量方法

说明书

本发明涉及一种物体碰撞恢复系数的非接触式测量方法，包括以下步骤：1)构建高速相机摄影测量网络，包括高速相机的布设、照明光源的布设、高速相机参数的标定、平面标志的安放以及控制点测量；2)同步获取在碰撞试验中待测物体的实时序列影像；3)采用椭圆识别与定位方法确定目标点的初始影像坐标，同时通过跟踪匹配获取目标点的序列影像坐标；4)基于标定后的高速相机参数和控制点坐标，采用基于序列影像的整体光束法平差获取目标点的序列三维空间坐标；5)根据目标点的序列三维空间坐标获取待测物体在碰撞试验中的位移数据，并计算获取待测物体的碰撞恢复系数。与现有技术相比，本发明具有非接触、高频率、三维精确测量等优点。

技术领域

本发明涉及材料性能领域，尤其是涉及一种物体碰撞恢复系数的非接触式测量方法。

背景技术

碰撞恢复系数是表示碰撞前后物块能量的耗散程度，可被定义为碰撞前后速度或动能与碰撞之前的速度或动能的比值。碰撞过程是材料测试领域最难精确测量的对象之一，其过程往往需要达到微秒级的时间分辨率。由于物块在整个下落碰撞过程中只经历几个毫秒，因此需要把毫秒级的运动过程分解到微秒级别甚至更小的时间单位才能达到精确测量的目的。在传统的材料工程实验中，诸如位移计、加速度计、激光测距仪等传统传感器根本无法对该种碰撞型实验进行测量，而普通的相机帧频又难以满足对碰撞物块运动过程的细微测量。因此对于碰撞型实验，使用非接触式高速视频测量技术是十分必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非接触、精确测量的物体碰撞恢复系数的非接触式测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种物体碰撞恢复系数的非接触式测量方法，包括以下步骤：

1)构建高速相机摄影测量网络，包括高速相机的布设、照明光源的布设、高速相机参数的标定、平面标志的安放以及控制点测量；

2)对高速相机进行同步控制，获取在碰撞试验中待测物体的实时序列影像；

3)采用椭圆识别与定位方法确定目标点的初始影像坐标，同时通过跟踪匹配获取目标点的序列影像坐标；

4)基于标定后的高速相机参数和控制点坐标，采用基于序列影像的整体光束法平差获取目标点的序列三维空间坐标；

5)根据目标点的序列三维空间坐标获取待测物体在碰撞试验中的位移数据，并计算获取待测物体的碰撞恢复系数。

所述的步骤1)中，高速相机的布设采用两台高速相机交向摄影的方式，其交向角为60-90度，所述的两台高速相机均配设20mm的定焦镜头。

所述的步骤1)中，高速相机参数的标定采用张正友相机标定法获取高速相机的内方位元素和光学畸变参数，所述的内方位元素包括像距和像主点坐标，所述的光学畸变参数包括镜头径向畸变和切向畸变。

所述的步骤3)中，所述的跟踪匹配首先采用最大归一化相关系数在序列影像搜索区域中获取整像素级的粗略点位，其次采用最小二乘法匹配法获取目标亚像素级的精确点位。

所述的步骤4)中，采用基于序列影像的光束法平差将目标点的序列影像坐标和高速相机参数作为一个光束进行整体平差。

所述的步骤5)中，待测物体的碰撞恢复系数的计算式为：

其中，H₁为初始高度，H₂为第一次反弹高度。

所述的高速相机影像分辨率为1280×1024像素，满幅帧频为500帧/秒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：