[发明专利]一种单相机三维视频引伸计及测量方法

权利要求书

1.一种单相机三维视频引伸计，其特征在于，包括一台工业相机(8)、高分辨率镜头(7)、计算机(10)、贴有两个以上标识点(6)的前镀膜反射镜(5)；

所述高分辨率镜头(7)设置在工业相机(8)前方，高分辨率镜头(7)正对前镀膜反射镜(5)，前镀膜反射镜(5)设置在待测物旁，在待测物表面制备散斑；

工业相机(8)被配置为在待测物未加载及待测物任意加载状态，同时采集被测物实像和镜面反射虚像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含实像与虚像两部分；

计算机(10)被配置为确定任意一幅图像中实像与虚像的对应图像坐标，利用对应图像坐标及工业相机(8)内部参数计算相机坐标系与世界坐标系的外部参数；根据工业相机(8)的内部参数及任意状态的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上两点的三维坐标，并计算相对于初始状态的位移及应变；

其中，确定任意一幅图像中某点实像与虚像的对应图像坐标u_i、v_i和u_i'、v_i'具体为：首先以u_i、v_i为中心确定一矩形图像区域，采用标准化协方差互相关函数通过整像素匹配方法寻找其对应的整像素位置；在匹配过程中：若反射镜与待测物水平放置，对矩形图像左右翻转后进行匹配；若反射镜与待测物竖直放置，对矩形图像上下翻转后进行匹配；在亚像素匹配过程中，采用一阶形函数描述实像与虚像中矩形图像区域的对应关系，利用Newton-Raphson迭代方法求解对应的亚像素对应图像坐标；

其中，确定变形前后状态实像或虚像对应图像坐标具体为：以被测物体上待测点的实像或虚像图像坐标为中心确定一矩形图像区域，采用标准化协方差互相关函数通过整像素匹配方法寻找其对应的整像素位置；在亚像素匹配过程中，采用一阶形函数描述实像与虚像中矩形图像区域的对应关系，利用Newton-Raphson迭代方法求解对应的亚像素对应图像坐标；其中，变形前后状态实像或虚像对应图像坐标是指变形前后两幅图像中实像与实像、虚像与虚像对应图像坐标。

2.根据权利要求1所述的单相机三维视频引伸计，其特征在于，工业相机(8)设置在三脚架(9)上。

3.一种基于权利要求1所述单相机三维视频引伸计的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、相机内部参数标定：将平面标定板在工业相机(8)的视场范围内平移及旋转至少8个姿态，工业相机(8)采集平面标定板图像，利用标定板图像计算相机内部参数矩阵及畸变系数；

步骤2、散斑制备与反射镜固定：在待测物表面制备散斑，并在其旁边固定贴有两个以上标识点的前镀膜反射镜；

步骤3、相机图像采集：在待测物未加载及待测物任意加载状态，工业相机(8)同时采集被测物实像和镜面反射虚像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含实像与虚像两部分；

步骤4、工业相机(8)与镜面坐标系外部参数确定：确定任意一幅图像中实像与虚像的对应图像坐标，利用对应图像坐标及相机内部参数计算相机坐标系与世界坐标系的外部参数；

步骤5、待测物体上两点之间的位移及应变计算：根据相机的内部参数及任意状态的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上两点的三维坐标，并计算相对于初始状态的位移及应变；任意状态的对应图像坐标是指变形前后两幅图像中实像与实像、虚像与虚像对应图像坐标。

4.根据权利要求3所述的单相机三维视频引伸计测量方法，其特征在于，所述步骤1中得到的相机内部参数矩阵为其中f_x、f_y为两个方向的等效焦距，c_x、c_y为光轴与相机靶面的交点图像坐标，一阶畸变系数用k₁表示。

5.根据权利要求3所述的单相机三维视频引伸计测量方法，其特征在于，所述步骤2中前镀膜反射镜上贴有两个标识点，且两个标识点之间的距离已知为l。