[发明专利]一种基于二维数字图像相关法的试件质量检测方法

说明书

本发明属于光测力学领域，具体涉及一种基于二维数字图像相关法的试件质量检测方法，该方法包括：获取被测试件的散斑点，以试件中心点为坐标原点，建立空间坐标系；将试件表面的空间散斑点映射为平面散斑点；向被测试件施加轴向拉伸力，采集试件形变后的表面散斑图；将试件形变后的表面散斑图中的各个空间散斑点映射为平面散斑点；采用反向组合高斯牛顿算法对试件形变前的映射平面散斑点和试件形变后的映射平面散斑点进行处理，得到试件表面变形测量结果；本发明提出的空间坐标点向平面坐标点映射的方法，不仅保证原坐标系和新坐标系之间一一对应的映射关系，而且计算量小、编程易于实现。

技术领域

本发明属于光测力学领域，具体涉及一种基于二维数字图像相关法的试件质量检测方法。

背景技术

数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)是一种基于数字图像处理技术的光测力学方法，通过形函数对变形前和变形后的图像子区进行相关搜索和计算来获取目标区域中每个点发生的位移，因其只依赖于简单的测试环境、能够获得全场变形信息等优点，目前DIC已成功应用于多个不同的领域。

目前，二维的DIC技术在计算精度、搜索速度方面具有很好的效果，然而在生产过程中仅依靠二维的DIC技术是无法满足工业测量需求的，如在曲面试件表面变形的全场测量中，只能使用三维的DIC技术才能实现，但是三维的DIC技术在计算精度、搜索速度方面还有待提高。目前针对三维的DIC测全场变形，更多的是使用三维重构技术，要求至少使用两个相机从不同的角度采集不同形变时刻的散斑图，而三维DIC对实验环境提出了更高的要求，同时操作也更加的繁杂，计算量也明显的增加，如何提高三维DIC测量全场变形的实时性，也是当前亟待解决的问题。然而对于一些规则的曲面试件，其表面变形的全场测量除了使用三维DIC技术实现外，还可以利用坐标映射结合成熟的二维DIC技术实现其表面变形的全场测量，因此亟需一种坐标映射的方法将空间曲面坐标点映射为平面坐标点。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于二维数字图像相关法的试件质量检测方法，该方法包括：

S1：向被测器件表面随机制作散斑点，将该散斑点作为位置信息载体；

S2：将试件的横截面中心点作为坐标原点，建立空间坐标系，记录所有散斑点在空间坐标系中的位置坐标；

S3：将试件表面的空间散斑点映射为平面散斑点，得到试件变形前映射平面散斑图；

S4：将图像采集设备固定在指定位置，采用张正友标定法对采集设备进行标定，确定畸变系数，根据畸变系数对图像进行畸变校正；

S5：根据畸变校正后的图像向被测试件施加轴向拉伸力，采集试件形变后的表面散斑图；

S6：将试件形变后的表面散斑图中的各个空间散斑点映射为平面散斑点，得到试件形变后的映射平面散斑图；

S7：采用反向组合高斯牛顿算法对试件形变前的映射平面散斑图和试件形变后的映射平面散斑图进行处理，得到试件表面变形测量结果；

S8：根据试件表面变形测量结果判断被测器件的质量。

优选的，将试件表面的空间散斑点映射为平面散斑点的过程包括：将原空间坐标点投影到XOY平面中；将空间点P_x0(R,0,0)作为映射后平面坐标的原点O(0,0)，各投影点至点P_x0的弧长作为映射后平面坐标的x坐标，原空间坐标系下的z坐标作为映射后平面坐标的y坐标；在原坐标系和新坐标系各个点之间一一对应的映射关系下将各个空间散斑点映射到平面坐标系中，得到平面散斑点，根据平面散斑点构建试件变形前映射平面散斑图。

优选的，将图像采集设备固定的位置为该设备采集的图像与空间坐标系的YOZ平面平行，且试件表面散斑点成像于像素坐标系中。

优选的，采用张正友标定法对采集设备进行定标的过程包括：