[发明专利]一种基于数字散斑的阵列式高速摄像系统的像差修正方法

摘要

一种基于数字散斑的阵列式高速摄像系统的像差修正方法，属于实验固体力学动态测试技术和数字图像技术领域。本发明采用的数字式阵列高速摄像系统包括阵列光源系统、阵列CCD相机系统、时序同步延迟控制单元、光学成像单元及低速落锤冲击加载单元等。本发明针对数字阵列式高速摄像系统固有的像差问题，基于数字图像相关处理的基本方法，对多种误差因素耦合下的数字图像像差进行了分析，提出并实现了一种对不同位置CCD相机采集的图像像差的迭代修正，解决了由各个相机对焦、位置差异等因素引起的像差，从而使实验结果更为精确。

主权项

一种基于数字散斑相关技术的阵列式高速摄像系统的像差修正方法，该方法采用的数字式阵列高速摄像系统包括：m×n阵列光源系统(1)、第一成像透镜(2)、第二成像透镜(3)、时序同步延迟控制系统(4)、m×n阵列CCD相机系统(5)、交换机(6)和计算机(7)，其中m≥2,n≥2；由m×n阵列光源系统(1)发出的光经第一成像透镜(2)折射变为平行光，穿过试件(10)后再经过第二成像透镜(3)汇聚，最终由m×n阵列CCD相机系统(5)接收成像，通过交换机(6)将采集的图像传输至计算机(7)；本系统的时序控制由时序同步延迟控制系统(4)完成，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)对m×n阵列CCD相机系统不同位置CCD相机进行编号，第1行，第1列的CCD相机编号为0，0号相机未加载状态下采集的图像是基准图像；之后按照逐行顺序编号将所有相机编为1‑j，其中j＝m×n‑1；2)未加载时利用m×n阵列CCD相机系统拍摄一组初始散斑图像，以尾号1编号，即0‑1，1‑1，2‑1，……，j‑1，共计m×n幅初始图像，加载时保持光学系统不变，利用每个CCD相机再拍摄一组不同时刻散斑图像，以尾号2编号，即0‑2，1‑2，2‑2，……，j‑2，共计m×n幅实验图像，尾号前边数字代表相机编号；3)通过二维数字相关运算计算0‑1与1‑1号图像初始散斑图像的相关位移场U0；4)运用傅里叶变换的相移方法，对1号相机的实验前后的图像1‑1及1‑2进行逐点的亚像素平移，得到1次修正后的图像1‑1‑1及1‑2‑1，通过多次的相移算法，即通过调整图像的频域特征实现亚像素平移，实现整个区域的亚像素平移，f,f′表示修正前后的图像矩阵，则：f′＝F‑1[F(f)·e2πi(v′+u′)·e‑2i]其中F,F‑1表示傅里叶变换与逆变换，v′,u′则表示U1中的竖直及水平两个方向的位移场的对称变换，i为复数符号；5)通过二维数字相关运算计算修正后的1‑1‑1号图像与0‑1号图像的相关位移场U1，如果位移场U1中的最大位移值U1(max)与最小位移值U1(min)的差值远小于实验的理论位移场U，即：U1(max)‑U1(min)＜＜U则1号相机与0号相机的像差基本已消除，如果不满足U1(max)‑U1(min)＜＜U，则以U1代替U0重复3)、4)、5)步骤进行迭代修正，如此重复直到满足Uk(max)‑Uk(min)＜＜U，k代表迭代修正次数，取值为k＝0,1,2,···，则1号相机采集的实验前后的散斑图像经过修正最终变为散斑图1‑1‑k及1‑2‑k；6)对2‑j号相机加载前后的图像重复3)、4)、5)步骤进行迭代修正，从而消除1‑j号相机采集的图像与0号相机采集的图像的像差。