[发明专利]一种土体试样微形变的成像检测装置及方法

权利要求书

1.一种土体试样微形变的成像检测装置，包括土工离心机（1），土工离心机（1）的模型箱（2）外侧固定有照相机系统（3），模型箱（2）内放置有土体试样，其特征在于，所述模型箱（2）的透明窗口有机玻璃内侧面（4）设置有固定参考坐标格网，模型箱（2）内放置的土体试样表面放置有移动标志，所述移动标志和固定参考坐标格网直接接触并随着土体试样移动，移动标志的移动轨迹代表该点位土体试样质点的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种土体试样微形变的成像检测装置，其特征在于：

所述固定参考坐标格网用机械刻画的方式或者激光束烧刻的方式直接刻蚀在模型箱（2）的透明窗口有机玻璃内侧面（4）。

3.根据权利要求1所述的一种土体试样微形变的成像检测装置，其特征在于：所述固定参考坐标格网的密度应保证照相机拍摄的每幅图像中参考坐标格网的交叉点≥4。

4.根据权利要求1所述的一种土体试样微形变的成像检测装置，其特征在于：所述移动标志为图钉状，钉头扎入土样中，移动标志为透明材料。

5.根据权利要求1所述的一种土体试样微形变的成像检测装置，其特征在于：所述照相机系统（3）的照相机镜头选用微距镜头或者物方远心镜头。

6.根据权利要求1或2所述的一种土体式样微形变的成像检测装置，其特征在于：所述固定参考坐标格网由相互垂直的直线组成。

7.根据权利要求4所述的一种土体试样微形变的成像检测装置，其特征在于：所述移动标志的图钉状头上表面为移动标志面，所述移动标志面上设置有标志刻线，所述标志刻线为十字线，以纵横交叉线边缘的交点为量测点进行定位。

8.根据权利要求4或5所述的一种土体试样微形变的成像检测装置，其特征在于：所述移动标志面的上表面涂抹透明的润滑剂。

9.一种利用权利要求1所述土体试样微形变的成像检测装置进行成像检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构建土样微位移信息的参考坐标系，所述参考坐标系以模型箱（2）的透明窗口有机玻璃内侧面（4）设置的固定参考坐标格网为基准；

S2、对固定参考坐标格网在微观下量测获取初始状态图像并记录图像各点坐标值，所述格网长度单位为微米，并对图像的行列号进行标记；

S3、将多个不同的移动标志放置于土体试样上，同时对每个移动标志进行坐标标示和区别标示，其中，所述移动标志涂抹透明的润滑剂的上表面与模型箱（2）有机玻璃内侧面（4）接触，移动标志钉扎入土体试样中进行固定，图钉状移动标志在旋转试验中随土体试样移动，移动标志上表面刻画有十字线，所述十字线以纵横交叉线边缘的交点为量测点进行定位，移动标志嵌入到土体试样中，图钉状移动标志上表面与土体试样表面为同一平面；

S4、启动土工离心机（1）使模型箱（2）旋转，用照相系统获取模型箱（2）内土体试样在指定受力状态下的指定时间点、指定位置点的图像；

S5、对S4所获取的图像进行照相机畸变校正和图像随机畸变校正，精确测量图像上移动标志在参考坐标系里的微位移，包括如下步骤：

S51、对S4所获取的图像根据照相机在试验前预先进行的畸变检测，得到的照相机各标定参数进行位置和像元值的重采样；

S52、对S2中获取的初始状态图像里格网的纵横交叉线的边缘交叉点的实测数据与图像行列号形成的同名点进行匹配计算，求出图像畸变系数；

S53、输入图像中的参考坐标点的坐标值，根据S52求出的图像畸变系数进行图像几何校正，得到校正后的图像；

S54、对同一区域不同受力下的多幅校正后的图像的移动标志位置变化进行计算，得到移动标志的微位移；

S6、根据S5测量所得微位移，解算出局部图像二维坐标系里土体试样的形变量，对土体试样的形变量进行坐标映射，得到整个模型箱（2）全域坐标系下的土体试样移动标志的形变矢量，即得到土体试样的二维平移和旋转参数，并可以建立受力大小和受力时长的相关分析数据。

10.根据权利要求9所述的成像检测方法，其特征在于：根据试样对土样微形变尺度检测的要求，照相机像元尺寸a，照相机镜头焦距f，照相机成像距离d和土样微形变检测的最小尺度L满足L/d=a/f。