[发明专利]一种多镜面单相机三维振动测试装置及方法

权利要求书

1.一种多镜面单相机三维振动测试装置，其特征在于，包括一台相机、高分辨率镜头、计算机、与待测点数目相同的标识点、与待测点数目相同的前镀膜反射镜，其中每个反射镜上贴有两个标识点，相机采样频率为物体振动频率2倍以上；

采用激励装置使得待测物发生振动，相机采集整个振动状态图像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含所有待测点的实像与镜面反射的虚像两部分；

通过标识点识别与定位算法确定任意一幅图像中每个实像与虚像的对应图像坐标，利用整个振动过程中对应图像坐标、镜面上标识点图像坐标以及相机内部参数计算相机坐标系与每个镜面坐标系的外部参数；其中，相机坐标系与每个镜面坐标系的外部参数中平移向量的计算方法如下：

根据反射镜位置的不同确定归一化平移向量t'＝[t'_x t'_y t'_z]^T，若反射镜竖直放置，则归一化平移向量为t'＝[1 0 0]^T；若反射镜水平放置，则归一化平移向量为t'＝[0 1 0]^T；假设反射镜上两点的图像坐标分别为u₁、v₁和u₂、v₂，通过如下公式计算这两点的三维坐标[X_i Y_i Z_i]，其中i＝1,2：

其中，x_iu、y_iu为归一化去畸变图像坐标；采用归一化平移向量计算反射镜上两点的距离平移向量t＝l/l₁×t'；

根据相机的内部参数及振动过程中的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上每个标识点的三维坐标，并进行模态及频率振动分析。

2.根据权利要求1所述的多镜面单相机三维振动测试装置，其特征在于，测试装置还包括用于固定相机的三脚架。

3.一种基于权利要求1所述多镜面单相机三维振动测试装置的测试方法，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、标识点粘贴与反射镜固定：在待测位置粘贴标识点，并在其旁边固定贴有两个标识点的前镀膜反射镜；

步骤3、相机图像采集：采用激励装置让待测物发生振动，相机采集整个振动状态图像，保存至计算机，得到的任意一幅图像中均包含所有待测点的实像与镜面反射的虚像两部分；

步骤4、相机与每个镜面坐标系外部参数确定：通过标识点识别与定位算法确定任意一幅图像中每个实像与虚像的对应图像坐标，利用整个振动过程中对应图像坐标、镜面上标识点图像坐标以及相机内部参数计算相机坐标系与每个镜面坐标系的外部参数；

步骤5、待测物体标识点的三维坐标计算：根据相机的内部参数及振动过程中的对应图像坐标及外部参数计算待测物体上每个标识点的三维坐标，并进行模态及频率振动分析。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，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所述的方法，其特征在于，步骤2中每个待测点位置均粘贴一个标识点，且每个标识点旁边均固定有一前镀膜反射镜，在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。