[发明专利]一种三维测量表面温度场重建方法

说明书

本发明提供一种三维测量表面温度场重建方法，自动地对喷涂了示温漆的高温处理后的工业零部件表面温度进行数字化判读。方法包括：使用投影设备照射出结构光，照射到待测物体表面；相机对物体进行拍照，三维重建，获得三维表面温度场模型。其中，所述三维重建步骤包括结构光解码匹配和三角测量；所述三维表面温度场模型是根据标准样片比色板数据建立的温度与颜色对照表，自动数字化解析出三维模型表面的温度信息。

技术领域

本发明涉及计算机自动建模和温度测量领域，具体涉及结构光三维扫描和示温漆图像判读。

背景技术

在现代航空航天领域中，许多零部件，如发动机的叶片等，需要在高温下进行有效性和持久性测试，要进行热端部件的耐热性能测量。目前示温漆经常会被用来作为温度测量的媒介。示温漆是一种功能性涂料，在温度上升时其颜色发生变化，温度下降时颜色不变。在经过高温处理后，它在不同的峰值温度下会固定地呈现出稳定的颜色，即形成一种温度和颜色的对照关系。

在进行零部件温度测量时，接触式的温度测量是一种常用手段。其基本原理是使用具有感温元件的温度测量仪，充分接触被测对象，使两者发生热交换并最终达到热平衡。此时温度测量仪显示的温度值就是被测物体的温度。这类方法包括铂电阻测温法和热电偶测温法等。但是，这类方法由于会接触高温物体，可能给设备和人员带来一定的危险；并且由于是接触式的测量，每次只能测量出局部的很小区域的温度值，对于需要大面积测量的情况，这种方法的效率低。

基于示温漆的温度测量方法发展多年了，示温漆可大面积地涂于零部件的表面，可以得到被测元件表面最高温度场的连续分布情况。目前的示温漆温度测量方法可以分为人工判读和基于数字图像的判读两类。

人工判读的方法根据使用的示温漆型号，确定标准比色板。在待测零部件表面的示温漆高温显色稳定后，用笔勾勒出等温线位置，将零部件的颜色与标准比色卡的颜色进行比较，通过人的肉眼判断来确定示温漆所代表的温度。

然而，人工判读的方法存在很多的缺陷。首先，人工在识别色彩的时候，会存在很大的差异性，不能很准确的找出示温漆变色梯度最大的位置。这就造成对于同一被测元件，不同的人所绘制的等温线，甚至同一人多次绘制的等温线都会存在非常大的差异，这就导致等温线信息的准确性非常低。其次，人工判读对于熟练工的依赖性非常强，如果没有经验丰富的操作员，示温漆的判读会很困难，这对于示温漆应用的推广是十分不利的。另外，人工判读的效率相对较低，绘制等温线往往需要很长的时间，在实际应用中会降低工程整体效率。

基于数字图像的判读是伴随着计算机图像处理技术的发展而发展起来的，这种方法对喷涂了示温漆的零部件表面进行拍照，获得数字图像，在计算机上进行数字图像的颜色亮度值分析。同样根据示温漆烧制的标准比色板，提供了基于图像的示温漆温度自动判读方法。

然而，现有的数字图像判读方法，仅能够重建出基于图像平面范围的温度分布，不具有实际的空间分布特性。图像是经过透视投影映射到成像平面的数据，其中承载的颜色和温度对应关系无法反映出在被测零部件表面三维分布情况，没有坐标信息。

发明内容

发明所要解决的问题，人工示温漆温度判读方法中，人工判读精度不稳定，同一个人不同时刻目视测量的温度结果有差异，且这种方法对人工的经验要求高。而二维数字图像示温漆温度判读方法中，图像二维判读缺少空间分布信息的问题，不能在三维几何空间进行温度场描述。

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供结构光三维扫描方法重建三维模型，所述的三维模型具有颜色纹理，所述的颜色纹理使用示温漆图像判读技术能够提取出温度信息，所述的温度信息在三维模型上形成了表面温度场模型。

与现有技术相比，本发明设计了结构光三维扫描步骤对待测物体进行三维结构测量，获得数字化三维模型，同时结合示温漆图像判读技术可以从颜色纹理计算得到温度参数。本发明突破了人工温度测量和二维图像测量的局限，能够高效的获得三维温度场模型。其特征在于该方法的步骤如下：