[发明专利]基于阵列式相机的高空间分辨率三维数字图像测量方法

说明书

本发明提供了一种基于阵列式相机的高空间分辨率三维数字图像相关测量方法，该方法包括如下步骤：(1)加工并进行N×N(N≧2)二维相机阵列的安装，完成对于左右两组二维相机阵列的布置方案；(2)在被测试样表面制备随机散斑图案；(3)搭建测量系统，组成三维相机阵列；(4)使用编码标定板对三维相机阵列中的相机参数进行标定；(5)通过同步采集装置使得三维相机阵列中相机同时采集试样表面图像，并获取所述试样表面图像的位置信息载体；(6)对三维相机阵列采集的试样表面图像的位置信息载体进行阵列相机图像之间的时序匹配和立体匹配；(7)实现位移场数据的校正和融合拼接，并在此基础上求解获取应变计算。本发明的方法具有高空间分辨率、操作简便的特点。

技术领域

本发明涉及非接触三维变形测量领域，具体涉及一种基于阵列式相机的高空间分辨率三维数字图像测量方法。

背景技术

三维数字图像相关法是一种非接触式的光学全场测量方法。它结合了数字图像相关法和计算机视觉原理，可以准确测量物体表面的三维形貌和变形。相比于光测力学中其他几种基于干涉原理的测量方法，它具有诸多优势，如设备简单、无需隔震、量程大、测量范围可控等。目前，三维数字图像相关技术被广泛应用于科学与工程领域。

对于三维数字图像相关方法，其测量分辨率主要受成像分辨率的制约。若要提高成像分辨率，最直接的方法就是减小像素大小或增大芯片尺寸。然而，随着像素尺寸减小，可用的进光量也会减少，并且图像噪声会增大，严重影响测量结果。同时，更大的芯片尺寸会使图像传输帧频会慢，导致测量时间分辨率的降低。高成本的图像传感器和光学器件也是需要考虑的一个问题。想要直接从相机硬件的角度来提高成像分辨率并不容易。三维相机阵列的提出，将会大大提高三维数字图像相关方法变形测量的空间分辨率，并进一步拓宽相机阵列测量技术的应用范围。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于阵列式相机的高空间分辨率三维数字图像相关测量方法，大幅度提高三维数字图像相关测量的空间分辨率，具有高空间分辨率、操作简便的特点，无论是在大视场还是高精度应用场景都有很好的应用前景。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种基于阵列式相机的高空间分辨率三维数字图像相关测量方法，包括以下步骤：

(1)加工并进行两组N×N(N≧2)二维相机阵列的安装，两组二维相机阵列组成三维相机阵列，完成对于左右两组二维相机阵列的布置方案，使得测量过程中被测区域能持续成像于两组二维相机阵列视场中；

(2)搭建由两组二维相机阵列、照明装置组成的三维相机阵列数字图像相关测量系统；

(3)在被测试样表面制备随机散斑图案，将制备的散斑编码图案用作位置信息载体；

(4)使用编码标定板对三维相机阵列中相机的内参和外参进行标定。其中，内参标定参数包括：主点位置(u₀,v₀)，镜头焦距f，像元尺寸(S_x,S_y)以及镜头畸变参数矩阵D_i，其中主点位置为镜头的光轴与靶面交点的像素坐标，所述镜头畸变参数矩阵一般包括6阶径向畸变参数K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆和2阶切向畸变数P₁、P₂。其中，外参标定参数包括：两组二维相机阵列内相机与相机的相对外参和两组二维相机阵列间相机与相机的相机外参，每一个相机外参都包含6个参数n_x、n_y、n_z、t_x、t_y、t_z

(5)调整三维相机阵列观测位置及观测角度，保证被测区域完整的成像于三维相机阵列之中，通过同步采集装置使得三维相机阵列中相机同时采集试样表面图像，并获取所述试样表面图像的位置信息载体；