[发明专利]一种用于旋转物体全场运动追踪的视觉测量方法

说明书

本公开涉及一种用于旋转物体全场运动追踪的视觉测量方法，所述方法将双目视觉和数字图像相关法结合起来，在被测物体表面喷涂散斑并粘贴少量标志点。利用标志点像的中心坐标求解前后状态的旋转参数，将前后采集的散斑图像或子区集进行相应旋转变换，再进行相似子区的搜索匹配，解决了子区旋转角度过大难以匹配的问题。本公开方法能够准确得到特征表面任意位置每个状态下的空间坐标，实现跟踪与变形测量的目的。

技术领域

本公开涉及三维测量领域中的全场运动追踪与变形测量问题，特别涉及一种旋转物体的双目视觉测量方法。

背景技术

旋转物体的运动跟踪与变形测量是一个值得关注的问题，如在大型风力叶片或螺旋桨等旋转机械的故障检测中，对于大扭矩、高速作用下叶片材料性能的判断有着重要意义。然而现阶段普遍采用的接触式传感器难以有效应对这种测量需求。一方面，由于引线的问题，传感器在大型或高速旋转叶片上不好布置；另一方面，传感器建立的观测点有限，不能对整个叶片任意位置的全场位移与变形进行测量。

数字图像相关法通过搜索前后图像相似子区来确定位移，已经被广泛使用在非接触式全场变形与应变测量中。然而，这种方法构建的变形映射函数只考虑了子区微观的小角度旋转，对于宏观上绕轴旋转，通过相关函数直接进行搜索，很可能找不到变形前后的相似子区，导致匹配失败。为此，一般使用高的图像采集频率，并基于相邻状态变形的连续性,使每个状态都与它前一张状态进行匹配。但是这种匹配方式会产生累计误差，且对相机的采集速度提出了严格的要求。

发明内容

为克服传统测量手段的缺陷，实现旋转运动物体的变形追踪，本公开提出一种用于旋转物体全场运动追踪的视觉测量方法，在被测物体表面喷涂散斑并粘贴少量标志点。利用检测的标志点，对前后采集到的散斑图像或散斑子区进行旋转变换，旋转矫正后再进行相似子区的搜索匹配，解决了子区旋转角度过大难以匹配的问题。最终得到特征表面任意位置的空间坐标，实现跟踪与变形测量的目的。在这种测量方式下，由于使用标志点对后一状态的旋转角度进行矫正，散斑匹配因此可以在任意两个状态下实现，不再依赖相邻两个状态的连续性，即：任意两个状态都能实现散斑匹配。

本发明的特征是提供一种用于旋转物体全场运动追踪的视觉测量方法，所述方法包括下述步骤：

S100、在制作好散斑的旋转物体上，粘贴至少2个标志点；

S200、使用第一相机和第二相机同时连续采集旋转物体旋转时的图像，对采集到的每个旋转状态分别获取第一图像和第二图像；

S300、选择某个旋转状态作为基准状态，将其它状态作为变形状态；

S400、将基准状态的第一图像和第二图像进行散斑匹配,重建出三维点，获取观测点的初始位置；

S500、选择一个变形状态，对该变形状态与基准状态两个状态的第一图像，利用两个图像中的标志点像进行相似性匹配，获取观测点在该变形状态的第一图像中的对应子区；

S600、在该变形状态的第二图像中搜索所述对应子区，利用散斑匹配重建三维点，获取所述观测点在该变形状态中的变形位置。

具体地，所述标志点为环形；所述环形内圆的直径大小满足下式要求：

式中：

l为直径，单位为毫米(mm)；

d为镜头焦距，单位为毫米(mm)；

D为第一相机或第二相机的镜头到测量表面的距离，单位为毫米(mm)；

μ为像元大小，单位为μm。

具体地，所述步骤S300之前还包括下述步骤：