[发明专利]一种基于二维数字图像相关补偿算法的实时引伸计测量方法

说明书

本发明涉及一种基于二维数字图像相关补偿算法的实时引伸计测量方法，实现步骤如下：首先利用相机标定方法确定相机的主点位置和镜头的像差参数；利用二维数字图像相关补偿算法实时求解试件变形过程中的补偿参数；利用传统的光学引伸计算法计算出试件上某引伸计端点的位移场；利用实时得出的补偿参数实时补偿光学引伸计端点的位移场，并计算补偿后的线应变。本发明消除离面运动和镜头像差对测量结果的影响，保证测量精度，并能实时测量应变。

技术领域

本发明为一种基于二维数字图像相关补偿算法的实时光学引伸计测量方法，属于光电检测领域。

背景技术

在实际的材料实验和工程应用中，经常需要对材料或者试件进行变形测量。对于试件弹性变形阶段的应变测试，常用的试验方法是接触式测量方法：利用电子应变片或机械引伸计进行测量。电子应变片需要紧密贴合在试件上，而机械引伸计需要装夹在试件表面，操作复杂且对试验技能有一定要求。为此，基于数字图像相关的光学引伸计被发展起来，它具有非接触、精度高、操作简便等特点。

数字图像相关方法是上世纪80年代初发展的非接触式光学测量方法，并广泛应用于实验研究和工程测量中。该方法起源于对单个相机图像匹配的二维数字图像相关，二维数字图像相关局限于对平面试件的面内位移测量，且试验中要求相机轴线与平面试件表面垂直。然而，工程测量中，很难避免离面运动的产生，试件的离面运动会严重影响二维数字图像相关的测量精度。此外，相机镜头的像差同样会对二维数字图像相关的测量结果造成较大的影响。为了解决这些问题，三维数字图像相关被发展起来。三维数字图像相关引入双目视觉原理，预先对左右相机进行标定，使用标定确定的世界坐标系统可以有效的解决离面运动和镜头像差带来的误差，且对曲表面试件同样适用。使用三维数字图像相关能够得到高精度的测量结果，但实验中使用二维数字图像相关会更加简便易行。

传统的基于数字图像相关的光学引伸计在进行二维测量时同样面临着离面运动影响测量精度这一问题。在中国专利(申请号：201510644895.7)中，张东升等提出了一种基于数字图像相关的实时光学引伸计测量方法，该方法能达到约100帧/秒的处理速度并与传统的数字图像相关具有等效的精度。通常，数字图像相关典型的测量精度在100微应变左右，而二维数字图像相关的测量结果易受离面运动的影响，相对误差可达20％以上。在非专利文献“Optical extensometer and elimination of the effect of out-of-planemotions”(Optics and Lasers in Engineering,Vol.65,pp.28-37,2015)中，Bai等利用附着在试件上的刚性板的虚应变场(由离面运动产生)，补偿变形试件的应变场，从而得到高精度的补偿结果；但该方法计算量较大，难以实时测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷与实际实验和工程测量的需求，提出一种基于二维数字图像相关补偿算法的实时引伸计测量方法，消除离面运动和镜头像差对测量结果的影响，保证测量精度，并能实时测量应变。

本发明提出一种基于二维数字图像相关补偿算法的实时引伸计测量方法，并结合传统的实时光学引伸计测量方法，消除了离面运动和镜头像差对测量结果的影响，实现了对被测物体实时的高精度应变测量。

根据以上发明构思，本发明采用的技术方案如下：

一种基于二维数字图像相关补偿算法的实时引伸计测量方法，其实现步骤如下：

(1)首先利用相机标定方法确定相机的主点位置和镜头像差参数k1；

(2)利用二维数字图像相关实时测量补偿板上计算点即补偿点的位移场，根据二维数字图像相关补偿算法求解出试件变形过程中相应的补偿参数；