[发明专利]使用近心镜头的双棱镜单相机三维数字图像相关重构方法有效

专利信息
申请号: 201610150858.5 申请日: 2016-03-16
公开(公告)号: CN105825548B 公开(公告)日: 2018-08-10
发明(设计)人: 谢惠民;吴立夫;朱建国 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: G06T17/00 分类号: G06T17/00;G06T7/00
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 廖元秋
地址: 100084*** 国省代码: 北京;11
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摘要: 发明涉及使用近心镜头的双棱镜单相机三维数字图像相关重构方法,属于光测实验力学、三维数字图像相关技术领域,该方法包括:采集试样变形前、后的图像、棱边和别图像和标定板图像,标定获得相机内部、外部参数;建立平行于双棱镜后表面的参考世界坐标系,根据外部参数确定其与相机坐标系之间的转换关系;确定双棱镜棱边和原点标记的空间位置,建立空间坐标系;通过对标定板角点空间坐标的重构运算与试算确定空间坐标系的位置;根据试样图像中配对的像素坐标,分别对试样变形前、后的形貌进行重构运算,确定被测试样变形产生的位移。本方法大大降低了重构方法的模型误差。同时,本方法运算量小、编程方便、容易实现大批量数据的自动化处理。
搜索关键词: 使用 镜头 棱镜 相机 三维 数字图像 相关 方法
【主权项】:
1.一种使用近心镜头的双棱镜单相机三维数字图像相关重构方法,其特征在于,该方法主要步骤包括:S1:使用BSL 3D DIC测量系统采集试样变形前的图像IRef、试样变形后的图像IDef、棱边识别图像IB、标定板错位图像I0、标定板不同空间位置和姿态的直接观测图像I1‑In,其中,图像I1中的标定板与双棱镜的后表面平行;使用图像I1‑In对相机针孔成像模型参数进行标定,获得其焦距、主点像素坐标和畸变参数;根据与双棱镜后表面平行的标定板图像I1,计算相机外部参数,并建立参考世界坐标系RWCS;S2:基于步骤S1计算得到的外部参数,建立相机坐标系CCS,确定相机坐标系CCS和上述参考世界坐标系RWCS的坐标转换关系;S3:使用图像IB,确定双棱镜棱边的空间位置,计算双棱镜棱边在双棱镜后表面上的投影线的方程,并建立空间坐标系SCS;提取图像I0中角点对的像素坐标,使用步骤S1中获得的畸变参数,对角点对像素坐标进行镜头畸变误差修正后,通过重构运算计算对应角点的空间坐标;通过拟合与试算确定空间坐标系SCS与参考世界坐标系RWCS的间距Z0,及空间坐标系SCS与参考世界坐标系RWCS的转换关系;S4:通过DIC运算,分别在试样变形前的图像IRef、试样变形后的图像IDef的左侧子图像和右侧子图像之间进行像素匹配,获得若干像点对像素坐标;使用步骤S1中的畸变参数,对像点对像素坐标进行镜头畸变误差修正,得到修正后的像点对像素坐标;S5:基于修正后的像点对像素坐标,通过重构运算计算试样表面若干物点的空间坐标;分别对试样变形前、后的形貌进行重构运算后,根据对应物点的三维坐标增量,确定被测试样发生变形时产生的位移;所述重构运算,具体步骤包括:RS1:对于镜头畸变误差修正后的角点对或像素点对的像素坐标,令其坐标值为(x+,y+)和(x,y),在所述相机坐标系CCS中分别计算其成像光线的单位方向矢量以及位于双棱镜后表面上的出射点的坐标;RS2:在空间坐标系SCS中,计算所述出射点处对应的棱镜厚度t+和t;对每个出射点,分别建立局部坐标系LCS,确定各局部坐标系LCS与在空间坐标系SCS之间的坐标变换关系;通过坐标变换,将所述转换到各自的局部坐标系LCS中,分别记为RS3:根据t+和t以及分别在所述局部坐标系LCS中计算入射光线的单位方向矢量以及入射点的坐标;RS4:通过坐标变换,将所述以及所述入射点的坐标转换到空间坐标系SCS中,分别记为以及A+和A;分别构建入射光线的空间方程,并联立求解获得对应角点或对应物点的空间坐标。
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