[发明专利]一种单相机三维视频引伸计及测量方法

说明书

本发明公开了一种单相机三维视频引伸计及测量方法，测量方法包含以下步骤：测试之前采用平面标定板标定相机内部参数；在待测物表面制备散斑，并在其旁边固定贴有标识点的反射镜，相机采集初始状态待测物散斑实像与反射镜中的散斑虚像；在测试过程中对待测物进行加载，利用相机内部参数及实像与虚像的对应图像坐标，求解加载过程中任意状态的相机坐标系与镜面坐标系的旋转矩阵及归一化平移向量，采用反射镜中任意两点之间的实际距离计算平移向量系数；计算物体表面两个待测点的三维空间坐标，即可实现两个待测点之间的位移及应变计算。本发明利用单个相机即可实现三维位移及应变计算，具有非接触、测量精度高、设备简单、方便实用等优点。

技术领域

本发明涉及光测实验固体力学领域，具体涉及一种单相机三维视频引伸计及测量方法。

背景技术

视频引伸计作为常用的测试工具广泛应用在材料的力学性能测试中，常规单相机视频引伸计只能测量二维面内变形，微小的离面位移会引起较大的测量误差，从而影响测试精度。基于双相机的三维视频引伸计则需要相机同步装置，额外增加了硬件成本。并且双相机的标定过程非常复杂，限制了其在三维视频引伸计中的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相机三维视频引伸计及测量方法，操作简单灵活，易于实现。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种单相机三维视频引伸计，包括一台工业相机、高分辨率镜头、计算机、贴有两个以上标识点的前镀膜反射镜；

所述高分辨率镜头设置在工业相机前方，高分辨率镜头正对前镀膜反射镜，前镀膜反射镜设置在待测物旁，在待测物表面制备散斑；

在未加载及任意加载状态，相机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；

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；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。

一种单相机三维视频引伸计的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、相机内部参数标定：将平面标定板在相机的视场范围内平移及旋转至少8个姿态，相机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：在未加载及任意加载状态，相机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、相机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。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明通过光学反射镜额外提供了另一角度虚像，只需一步单相机即可实现三维坐标、位移及应变测量；(2)由于相机的内部参数固定，本发明可以实现一次标定，多次测量的目的；(3)本发明克服了二维视频引伸计无法测量离面位移的缺点；(4)相比于传统接触式引伸计，本发明具有无损、非接触、高精度等优点。

附图说明

图1为本发明单相机三维视频引伸计示意图。

图2为本发明测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明方案作进一步的说明。