[发明专利]一种锚杆托盘载荷数字成像测量技术

权利要求书

1.一种锚杆托盘载荷数字成像测量技术，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：锚杆托盘预处理，在锚杆托盘表面粘贴分布均匀的网格点形成定点或对其表面涂覆散斑形成散斑场，将锚杆托盘固定在巷道壁面上；

第二步：布设光源以及架设相机，在锚杆托盘表面的中轴线两侧分别布设第一光源和第二光源，第一光源、第二光源分别与中轴线呈60度角设置，在中轴线的两侧还分别布设有第一相机和第二相机，且第一相机布设在第一光源与锚杆托盘相反的一侧，第二相机布设在第二光源与锚杆托盘相反的一侧，第一相机、第二相机均与中轴线呈30度-60度角设置；

第三步：建立坐标系，同时建立四个坐标系，分别为OXYZ坐标系、oxyz坐标系、x′y′坐标系和HV坐标系，其中OXYZ坐标系为锚杆托盘的三维参考坐标系，以正对锚杆托盘表面左侧底角为坐标系原点，向右为X轴正方向，向上为Y轴正方向，垂直锚杆托盘表面向外为Z轴正方向；oxyz坐标系为相机的三维坐标系，以相机中心为原点，向右为x轴正方向，向前为y轴正方向，向上为z轴正方向；x′y′坐标系为二维锚杆托盘像平面坐标系，以物像左侧底角为坐标系原点，向右为x′轴正方向，向上为y′轴正方向；HV坐标系为计算机上的二维锚杆托盘图像坐标系，原点、正方向与二维锚杆托盘像平面坐标系相同；

第四步：标定立体摄影系统，将计算机图像中由第一相机所拍摄到的标定区域S_1m的点(H_1m，V_1m)定义为第一中心点，然后将计算机图像中由第二相机所拍摄到的标定区域S_2m的点(H_2m，V_2m)定义为第二中心点，第一中心点、第二中心点对应于锚杆托盘上的同一点(Xm，Ym，Zm)，由已知序列(H_1m，V_1m)、(H_2m，V_2m)、(Xm，Ym，Zm)后采用非线性最小二乘方法来分别标定第一相机、第二相机的参数；其中，粘贴分布均匀的网格点形成定点的锚杆托盘，将左下角第一个网格标定区域定义为A₁，向右为A₂，以此类推；对于表面涂覆散斑形成散斑场的锚杆托盘，将左下角第一个1cm见方的方格为标定区域定义为B₁，向右第二个1cm见方方格为标定区域B₂，以此类推；

第五步：搜索处理，从第一相机或第二相机最原始拍摄得到的计算机图像中选择一个图像标定区域S_1m或S_2m，在变形后的第一相机或第二相机拍摄得到的计算机图像上搜索与之强度分布最相似的图像子区S_1m′或S_2m′；

第六步：变形前参考坐标确定，对第一相机、第二相机首次拍摄标定区域A₁或B₁得到的图像子区S₁、S₂作计算，求解出图像子区S₁内标定点P₁在计算机图像上的坐标值，同理得到该点在图像子区S₂上的对应点P₂在计算机图像上的坐标值，利用已知标定点P₁在计算机图像上的坐标(H₁，V₁)和点P₂在计算机图像上的坐标(H₂，V₂)来推导出对应于P点参考坐标值(X，Y，Z)；

第七步：变形后参考坐标确定，确定方法同第六步，推导出P′的参考坐标值(X′，Y′，Z′)；

第八步：应变量计算，将变形前后同一坐标对应值相减，得到该点的应变量，对整幅图像每个图像子区重复以上过程即可得到一个应变场；

第九步：计算载荷，根据得到的应变场，结合锚杆托盘弯曲刚度得到应力场，对应力场反算积分求得锚杆托盘的实时载荷。

2.根据权利要求1所述的锚杆托盘载荷数字成像测量技术，其特征在于：所述的网格点制作采用电脑刻字法，灰度分布为二值化，网格点形状为点状或方形，或由计算机生成呈一定灰度分布的网格，将其打印到打印纸上，手工裁剪下网格点。

3.根据权利要求1或2所述的锚杆托盘载荷数字成像测量技术，其特征在于：粘贴网格点前用速干自喷漆将锚杆托盘表面喷成白色，待速干自喷漆晾晒干后，将网格点均匀牢固的粘贴在锚杆托盘表面。