[发明专利]一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法

说明书

本发明涉及一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法，包括以下步骤：1)通过双目视觉测量系统中的两台高速相机获取待测岩石在单轴压缩下的破裂过程的序列影像并存储；2)在序列影像解析过程中，通过亚像素级跟踪匹配方法获取散斑兴趣区中序列同名像点坐标，并经过摄影测量解析算法获取待测岩石表面在单轴压缩下的时序三维点云数据；3)针对序列三维点云的时空序列分析，获取待测岩石裂缝的三维形变参数，包括位移、速度、加速度和应变场等参数。与现有技术相比，本发明具有可行、有效、灵活、可靠等优点。

技术领域

本发明涉及岩石裂缝扩展实验的非接触式高速视频测量方案，尤其是涉及一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法。

背景技术

在工程界，一种材料在投入使用之前，其材料性质和安全系数往往需要通过拉伸、压缩、碰撞等测试性实验进行监测。在岩石的裂缝扩展测量方面，传统接触式测量仪器由于量程有限、测量点位少、增加模型质量、安装费时费力等诸多缺点，已渐渐被非接触式测量方法所取代。在光学测量研究工作中，数字相关算法已成为力学计算的主流解算方法。许多学者已开始运用数字散斑相关技术进行位移场和应变场的解算。但在大部分的实验中，更多的是测量二维平面的位移变化，其中感光平面与被测物面不平行导致的测量误差会严重影像测量结果，而这几乎是无法控制的。此外，三维数字相关技术在近些年也得到了广泛研究，但诸多类似的实验是在普通相机或者较低性能的高速相机下进行拍摄的，无法详尽地记录被测物的突变情况，进而无法提供测量点位完整的空间三维信息变化，影响了实验的测量效果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法，包括以下步骤：

1)通过双目视觉测量系统中的两台高速相机获取待测岩石在单轴压缩下的破裂过程的序列影像并存储；

2)在序列影像解析过程中，通过亚像素级跟踪匹配方法计算散斑兴趣区中的序列同名像点坐标，并经过摄影测量解析算法获取待测岩石表面在单轴压缩下的时序三维点云数据；

3)针对序列三维点云的时空序列分析，获取待测岩石裂缝的三维形变参数，包括位移、速度、加速度和应变场。

所述的步骤1)中，所述的双目视觉测量系统中的高速相机为工业相机，通过同步控制器保持影像采集同步。

所述的两台高速相机水平放置，并且采用交向摄影方式拍摄，以此到达增加影像重叠覆盖率的目的。

所述的步骤1)中，在待测岩石上喷涂散斑区域，具体为：

待测岩石表面打磨至平整，在观测表面喷涂白色的哑光漆，并进行风干，在观测表面随机并均匀地喷洒黑色哑光漆或黑色墨水，形成散斑，将整个散斑区域作为散斑兴趣区，将散斑作为目标点。

所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)高速相机的立体标定：通过基于平面板的标定方法同时获取高速相机的内方位元素和外方位元素；

22)散斑影像预处理：在序列影像中选取散斑兴趣区并在兴趣区中确定目标点；

23)同名点匹配：将两个高速相机同时采集的影像作为匹配对象，通过归一化相关系数确定整像素级的粗略点位，并通过最小二乘匹配方法确定亚像素级的精确点位；

24)目标跟踪匹配：以高速相机采集的序列影像的前后帧影像作为匹配对象，获取目标点在序列影像中的时序二维像点坐标；

25)三维点云重建：根据匹配后的每对同名点的像点坐标以及标定后的内方位元素和外方位元素，通过基于共线方程的前方交会获取序列影像中同名目标点的时序三维点位坐标。