專利名稱：基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式位移測量技術(shù)，特別涉及一種高溫環(huán)境下物體表面位移場的非接觸式測量系統(tǒng)及方法，屬于工程材料力學(xué)測量、光學(xué)測量、構(gòu)件變形、位移測量范圍。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大型設(shè)備中有很多承載部件工作在高溫環(huán)境下，這些部件能否連續(xù)，穩(wěn)定地工作直接影響到整個系統(tǒng)的正常工作。一旦這些承載部件失效，不僅造成系統(tǒng)的損壞，還可能引起嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，危害人身安全。一般來說，高溫對材料或結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在兩個方面(I)溫度會影響材料的物理性能和力學(xué)性能。例如材料的高溫力學(xué)性能不同于室溫，因而測定這些材料在高溫環(huán)境下的力學(xué)參數(shù)(如彈性模量、強度極限和熱膨脹系數(shù)等)對于材料和結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計、可靠性評定及壽命預(yù)測都具有重要意義；(2)溫度會使構(gòu)件 的幾何形狀發(fā)生改變(即所謂的熱變形)，在高溫下構(gòu)件的幾何形狀偏離理想的設(shè)計狀態(tài)從而影響構(gòu)件原有的工作狀態(tài)，產(chǎn)生的變形可能破壞原有結(jié)構(gòu)，造成事故。在對材料結(jié)構(gòu)的高溫力學(xué)性能進(jìn)行測試時，如何精確測量被測物體在高溫環(huán)境下的表面變形就成為材料高溫力學(xué)性能測試中最為關(guān)鍵的問題。此外，直接測量由溫度變化引起的熱變形對于材料的熱膨脹系數(shù)測定以及確定構(gòu)件熱變形后的形狀也至關(guān)重要。為了更好地認(rèn)識檢測材料的力學(xué)行為，研究其在外載荷作用下的變形破壞過程及損傷演化規(guī)律，需要對材料的全場變形進(jìn)行測量?，F(xiàn)有的測量技術(shù)分為接觸式和非接觸式測量，在高溫條件下的接觸式測量多采用高溫電阻應(yīng)變片，該方法存在不能進(jìn)行實時測量、測量誤差大、操作繁瑣、工人勞動量較大等缺陷，使其在很多領(lǐng)域和場合的使用受到限制等諸多缺陷。數(shù)字圖像相關(guān)方法是對變形前后采集的物體表面的兩幅圖像(散斑場)進(jìn)行相關(guān)處理，以實現(xiàn)物體變形場的測量的方法。相關(guān)系數(shù)兩幅圖像的數(shù)據(jù)之間相關(guān)程度的指標(biāo)；相關(guān)計算對圖像數(shù)據(jù)之間相關(guān)程度指標(biāo)(相關(guān)系數(shù))的計算過程。數(shù)字圖像相關(guān)方法的光源可以是白光也可以是激光，散斑可以是激光形成的也可以是人工散斑或者某些自然紋理等，在測量范圍上也可自由變化，僅與攝像機像素及視場大小有關(guān)，更適用于大變形或微變形的測量。數(shù)字圖像相關(guān)方法在具體計算過程中分為兩個階段(I)整像素搜索過程，此過程是整個系統(tǒng)計算快慢的關(guān)鍵，現(xiàn)技術(shù)分為兩大類，即空間搜索法和頻域搜索法?？臻g搜索法是容易理解的方法，此方法有很多，如牛頓-拉斐遜偏微分修正方法、十字搜索法、爬山搜索法、遺傳算法、小波多級分解算法；頻域搜索方法依據(jù)卷積定理而得，它只需先算出各自的頻譜，然后相乘，在求其反變換，即可得到相關(guān)數(shù)據(jù)，避免了空間搜索法的反復(fù)搜索過程。(2)亞像素搜索過程，亞像素搜索過程是提高測量精度的主要手段，可以分為對灰度值或者對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行插值(擬合)兩大類。數(shù)字圖像相關(guān)方法作為固體實驗力學(xué)領(lǐng)域材料表面變形場測量的一種非接觸式方法與其它技術(shù)相比具有全場測量、非接觸、光路相對簡單、測量視場可以調(diào)節(jié)、不需要光學(xué)干涉條紋處理、可適用的測試對象范圍廣、對測量環(huán)境無特別要求等突出的優(yōu)點。采用光學(xué)成像技術(shù)對高溫物體進(jìn)行測量主要存在三個方面的困難，包括物體高溫黑體輻射，當(dāng)物體溫度高于一定溫度時，其輻射會使采集到的圖像出現(xiàn)飽和；物體表面高溫氧化，導(dǎo)致人工制斑氧化，從而無法進(jìn)行相關(guān)分析；由于高溫環(huán)境使周圍空氣汽化，影響光的折射率等因素，影響測量精度。本發(fā)明采用單色光與窄帶濾波和可調(diào)式衰減片相配合的方法，有效的解決了圖像飽和的影響，采用耐高溫的黑、白墨制作成人工標(biāo)記斑點，解決了斑點氧化的問題，在整像素計算部分采用頻域相關(guān)計算方法，減少了噪聲的影響，加快了計算的速度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是精確的測量在溫度的變化過程中物體表面的位移場的基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量系統(tǒng)及方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于分析的計算機、面陣激光器系統(tǒng)、數(shù)字工業(yè)相機、遠(yuǎn)心鏡頭、窄帶濾波片、可調(diào)式衰減和支架；其中，所述數(shù)字工業(yè)相機和面陣激光器系統(tǒng)分別安裝在所述支架上，所述數(shù)字工業(yè)相機位于所述面陣激光器系統(tǒng)和被測物體之間，所述數(shù)字工業(yè)相機通過數(shù)據(jù)線與所述計算機連接，所述遠(yuǎn)心鏡頭、窄帶濾波片和可調(diào)式衰減依次安裝所述數(shù)字工業(yè)相機前端。進(jìn)一步，所述窄帶濾波片為532nm波段窄帶濾波片。進(jìn)一步，所述可調(diào)式衰減片選擇普通攝影所用可調(diào)式衰減片。進(jìn)一步，所述面陣激光器系統(tǒng)選擇532nm波段激光器。本發(fā)明的另一目的是提供上述系統(tǒng)的測量方法，首先，安裝連接好各部件，將攝像機擺放在被測物體的正前方，面陣激光器擺放在最佳的照明位置，調(diào)節(jié)攝像機與被測物體的距離，使其得到最清晰的圖像，物距可根據(jù)所用的遠(yuǎn)心鏡頭的焦距而定，調(diào)節(jié)衰減片，使得攝像機所得圖像亮度相對穩(wěn)定。該方法的具體操作步驟為
O.在被測物體要測量部分采用黑白的耐高溫墨做人工標(biāo)記，避免高溫使人工標(biāo)記圖像氧化掉，涂抹耐高溫墨前清理凈物體表面，先均勻涂上白色墨，待白色墨微干后，隨機涂黑色墨，黑色墨涂的位置選擇在要測量位移場的各個點附近，黑色墨涂成不規(guī)則斑點形狀，大小根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭焦距而定，即斑點大小為半徑為4-8個像素；按照測量要求，將被測物體至于測量圖像采集系統(tǒng)正前方，調(diào)節(jié)激光器的位置使光照均勻；
2).通過圖像采集系統(tǒng)采集物體變化之前圖像P1，在圖像P1的要測量位移場范圍內(nèi)選定若干正方形子區(qū)域MiQ=I……η)作為對圖像數(shù)據(jù)之間相關(guān)程度指標(biāo)的計算過程的模板，選定子區(qū)域的個數(shù)η及位置以保證位移場描述為準(zhǔn)；
3).通過圖像采集系統(tǒng)采集物體變化之后的圖像P2，對圖像P2進(jìn)行快速傅里葉變換得數(shù)據(jù)矩陣P2 [U，V]；
4).采用傅里葉變換相關(guān)定理計算相關(guān)系數(shù)，在步驟2中的選定的若干子區(qū)域中選定一個子區(qū)域Mi,記錄該子區(qū)域左上角的像素坐標(biāo)(Xi，Yi)，對該子區(qū)域圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，之后取共軛得到數(shù)據(jù)矩陣Hii [x，y]；
5).對叫[1，7]和？2[1!^]做點乘運算，之后做傅里葉反變換，取傅里葉反變換結(jié)果的實部，根據(jù)傅里葉變換相關(guān)定理，此步結(jié)果即得到空間域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)二維分布矩陣
C [U，V];
6).從步驟5得到的相關(guān)系數(shù)二維分布矩陣內(nèi)c[u，v]逐點搜索相關(guān)系數(shù)的最大值，記錄相關(guān)系數(shù)最大值點的空間坐標(biāo)(Ui, Vi)；
7).以步驟得4中的(Xi，yi)為中心取41X41像素大小的子區(qū)域
作為亞像素計算的模板；
8).在步驟6得到點(ui;Vi)的U、V兩個方向±2個像素點上與模板15；做標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方
差相關(guān)計算，得到U、V兩個方向各5個相關(guān)系數(shù)；
9).對步驟8得到的各點相關(guān)系數(shù)取對數(shù)；
10).對步驟9的結(jié)果做u、v兩個方向的五點插值運算，進(jìn)一步得到亞像素精度下的相關(guān)系數(shù)最大值，記錄亞像素坐標(biāo)( , )；
11).將步驟6所得坐標(biāo)(Ui，Vi)與步驟10所得坐標(biāo)( 巧)相加之后，減去步驟4)記錄的初始坐標(biāo)(Xi，yi)，即可得到步驟⑷所選區(qū)域左上角像素點(Xi，yi)的位移值
(Δ X, Δ y),即 ιΔχ- Ayi = Iii;, vrMx.Vi ；
12).重復(fù)步驟4-11，其中步驟5*p2[U，v]計算可以沿用第一次計算所得結(jié)果，得到各點位移值，形成位移場描述。進(jìn)一步，所述步驟2中的所述子區(qū)域Mi的大小為41X41像素大小，區(qū)域中心選在圖像灰度變化頻率大的區(qū)域。進(jìn)一步，所述步驟4中的對Mi進(jìn)行的傅里葉變換為對Mi添O擴充到2n(N>8)像素大小后再進(jìn)行傅里葉變換。進(jìn)一步，所述步驟2和步驟3中采集圖像P1J2的區(qū)域為2n(N>8)像素大小的正方形區(qū)域，區(qū)域的大小可以根據(jù)所需計算位移場的范圍選定。進(jìn)一步，所述步驟8中所做相關(guān)計算的計算公式采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差公式如下
U__ M_...
[S· ；rtoI[I.Cx V} J
, -(I)式中，(u，V)為對應(yīng)點 X，y 方向
j Σ 2-Ρι(*>5·')*^ι·, * I 2 Σ· ；ι* *itIy* 4·ι*;·^· I*
I X ·ι. *-I v.；w
上的位移；C(U，V)表示該點的相關(guān)系數(shù)J1(Xd)與I2(x+u，y+v)分別為移動前和移動后的圖像中各點的像素灰度值，與分別為移動前和移動后計算子區(qū)域的平均灰度值，其中，》=2i/+l。本發(fā)明的優(yōu)點(I)全場測量，計算速度快、精度高。根據(jù)所選的遠(yuǎn)心鏡頭，可以在成像范圍內(nèi)實現(xiàn)全場測量，算法采用圖像相關(guān)系數(shù)插值方法理論精度可以達(dá)到0.01像素，根據(jù)鏡頭的焦距，可以測量精度與測量范圍。在高精度大范圍測量時可以采用多個相機，分范圍測量。(2)抗干擾能力強。不同的溫度環(huán)境下采集的圖像灰度值一直處在變化的過程中，本發(fā)明，分別采用面陣激光器配合低頻段窄帶濾波、可調(diào)試衰減片的光方法，以及相關(guān)計算這樣的統(tǒng)計方法，有效的減少不同溫度下的外界干擾。(3)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。本發(fā)明主要由計算機、相機及其鏡頭系統(tǒng)、面陣激光器系統(tǒng)三大部分組成，各個部分便于攜帶。鏡頭采用遠(yuǎn)心鏡頭，省去標(biāo)定的繁瑣過程，便于定焦且減少了被測物與相機不完全垂直而帶來的面內(nèi)誤差。


圖I為本發(fā)明的測量系統(tǒng)示意圖。圖2為高溫墨制作的人工標(biāo)記斑點示意圖。
圖3為相關(guān)系數(shù)分布示意圖。圖4為整像素相關(guān)點即附近點處的相關(guān)系數(shù)圖。圖5為整像素相關(guān)點附近X軸單向的相關(guān)系數(shù)圖。圖6為532nm窄帶濾波片的透射光譜曲線。圖7為本發(fā)明測量方法的流程框圖。圖I 中:
I.計算機；2.面陣激光器系統(tǒng)；3.數(shù)字工業(yè)相機；4.遠(yuǎn)心鏡頭；5.窄帶濾波片；6.可調(diào)式衰減片；7.支架；8.被測物體。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。I、圖像采集系統(tǒng)的光學(xué)處理部分
(I)按照圖I所示將數(shù)字工業(yè)相機、遠(yuǎn)心鏡頭、可調(diào)式衰減片、窄帶濾波片，通過螺紋按照成一整體。調(diào)節(jié)數(shù)字工業(yè)相機與被測物體的距離，使其得到最清晰的圖像，物距可根據(jù)所用的遠(yuǎn)心鏡頭的焦距而定。(2)將數(shù)字工業(yè)相機安裝在支架上，通過數(shù)據(jù)線與計算機相連。(3)將數(shù)字工業(yè)相機擺放在被物體整前方，調(diào)節(jié)數(shù)字工業(yè)相機與被測物體的距離，使其得到最清晰的圖像，物距可根據(jù)所用的遠(yuǎn)心鏡頭的焦距而定。(4)將面陣激光器系統(tǒng)擺放在相機后方，調(diào)節(jié)面陣激光器系統(tǒng)位置，使光照均勻。(5)調(diào)節(jié)衰減片，使得數(shù)字工業(yè)相機所得圖像亮度相對穩(wěn)定。(6)打開計算機數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)，對被測物體進(jìn)行實時全場的測量。此部分的工作原理
針對物體高溫黑體輻射，當(dāng)物體溫度高于一定溫度時，其輻射會使采集到的圖像出現(xiàn)飽和，致使采集圖像無法識別這一現(xiàn)象，采用低波段的窄帶濾波配合低波段面陣激光器照明，過濾掉其他波段的光，而得到相對清晰的圖像。針對不同溫度階段物體亮度差異導(dǎo)致采集的圖像灰度值差異較大，采用可調(diào)式衰減片調(diào)節(jié)采集得到圖像的亮度。2、對采集后的圖像進(jìn)行圖像處理部分
在整像素計算部分采用頻域相關(guān)的計算步驟為
(I)·在被測物體要測量部分采用黑白的耐高溫墨做人工標(biāo)記，避免高溫使人工標(biāo)記圖像氧化掉，涂抹耐高溫墨前清理凈物體表面，先均勻涂上白色墨，待白色墨微干后，隨機涂黑色墨，黑色墨涂的位置選擇在要測量位移場的各個點附近，黑色墨涂成不規(guī)則斑點形狀，大小根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭焦距而定，即斑點大小為半徑為4-8個像素；按照測量要求，將被測物體至于測量圖像采集系統(tǒng)正前方，調(diào)節(jié)激光器的位置使光照均勻；
(2).通過圖像采集系統(tǒng)采集物體變化之前圖像P1，在圖像？1的要測量位移場范圍內(nèi)選定若干正方形子區(qū)域MiQ=I……η)作為對圖像數(shù)據(jù)之間相關(guān)程度指標(biāo)的計算過程的模板，選定子區(qū)域的個數(shù)η及位置以保證位移場描述為準(zhǔn)；
(3).通過圖像采集系統(tǒng)采集物體變化之后的圖像P2,對圖像P2進(jìn)行快速傅里葉變換得數(shù)據(jù)矩陣P2 [U，V]；
(4).采用傅里葉變換相關(guān)定理計算相關(guān)系數(shù)，在步驟(2)中的選定的若干子區(qū)域中選定一個子區(qū)域Mi,記錄該子區(qū)域左上角的像素坐標(biāo)(Xi，yi)，對該子區(qū)域圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，之后取共軛得到數(shù)據(jù)矩陣％[x，y]；
(5).對叫[1，7]和？2[1!^]做點乘運算，之后做傅里葉反變換，取傅里葉反變換結(jié)果 的實部，根據(jù)傅里葉變換相關(guān)定理，此步結(jié)果即得到空間域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)二維分布矩陣
C [U，V];
(6).從步驟(5)得到的相關(guān)系數(shù)二維分布矩陣內(nèi)c[u，v]逐點搜索相關(guān)系數(shù)的最大值，記錄相關(guān)系數(shù)最大值點的空間坐標(biāo)(Ui, Vi)；
此部分的工作原理傳統(tǒng)的在空間域內(nèi)進(jìn)行相關(guān)運算往往需要借助各種搜索方法，并且即使采取很好的搜索方法，在做相關(guān)計算的時候也要進(jìn)行多次的重復(fù)計算，而這部分正是圖像相關(guān)計算中計算量最大的部分，為了提高計算速度，根據(jù)傅里葉變換的相關(guān)定理，本系統(tǒng)采用頻域相關(guān)運算。傅里葉變換的相關(guān)定理
f(x\ y)O F( . (r/, v)
式中/Cr，_F)、^Cr，_F)表示兩幅圖像的灰度，〇表示相關(guān)運算，/7O, v)和G(WA)為分別對/Cr,_f) ^g{x,y)做傅里葉變換得到的函數(shù)，*號表示共軛。在亞像素的計算部分用五點插值法計算的步驟為
(1).以(Xpyi)為中心取41X41像素大小的子區(qū)域碎.作為亞像素計算的模板；
(2).在點(UpVi)的u、v兩個方向±2個像素點上與模板』0；做標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差相關(guān)計算，
得到U、V兩個方向各5個相關(guān)系數(shù)；
(3).對步驟(2)得到的各點相關(guān)系數(shù)取對數(shù)；
(4).對步驟(3)的結(jié)果做u、v兩個方向的五點插值運算，進(jìn)一步得到亞像素精度下的相關(guān)系數(shù)最大值，記錄亞像素坐標(biāo)(氛義.)；
此部分的工作原理
以各個相關(guān)計算公式做相關(guān)計算，并對計算結(jié)果從相關(guān)最大值、次高峰相關(guān)系數(shù)值、平均位移測量的絕對誤差等方面分析后，得出選用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差相關(guān)公式作為本方法的相關(guān)計算公式最為合適。如圖3所示為以41*41大小子區(qū)域為模板在移動后的128*128區(qū)域內(nèi)做標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差相關(guān)計算所得到的相關(guān)系數(shù)圖協(xié)方差相關(guān)計算所得到的相關(guān)系數(shù)圖。在圖像相關(guān)計算的過程中我們發(fā)現(xiàn)，找到整像素單高峰之后，高峰的形狀可以對下一步搜索比較重要，從圖4可以觀察出，相關(guān)系數(shù)在高峰處又嚴(yán)格遵守著單方向性。由此可以在任意一條Y軸線上尋找X方向最高點，在任意一條X軸線上尋找Y方向最高點，為在高峰小范圍內(nèi)搜索最大系數(shù)點提供方便，在保證精度的條件下簡化了計算、加快計算精度。在X、y兩個方向上單獨對相關(guān)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，相關(guān)系數(shù)曲線類似于正態(tài)分布曲線，如圖5所示。對相關(guān)系數(shù)去對數(shù)后，x、y兩個方向的上整像素點附近的四個個點的值更接近整像素處的相關(guān)系數(shù)值，對其進(jìn)行插值可以得到更高的精度。插值公式如下
C= ax4++dC + a:+ f(3)
其中，C表示對應(yīng)坐標(biāo)X點的相關(guān)系數(shù)，a，b, Cl, e，/各個系數(shù)如下
權(quán)利要求
1.基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于分析的計算機(I)、面陣激光器系統(tǒng)(2)、數(shù)字工業(yè)相機(3)、遠(yuǎn)心鏡頭(4)、窄帶濾波片(5)、可調(diào)式衰減片(6)和支架(7);其中，所述數(shù)字工業(yè)相機(3)和面陣激光器系統(tǒng)(2)分別安裝在所述支架(7)上，所述數(shù)字工業(yè)相機(3)位于所述面陣激光器系統(tǒng)(2)和被測物體之間，所述數(shù)字工業(yè)相機(3)通過數(shù)據(jù)線與所述計算機(I)連接，所述遠(yuǎn)心鏡頭(4)、窄帶濾波片(5)和可調(diào)式衰減片(6)依次安裝所述數(shù)字工業(yè)相機(3)前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述窄帶濾波片(5)為532nm波段窄帶濾波片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)式衰減片選擇普通攝影所用可調(diào)式衰減片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述面陣激光器系統(tǒng)(2)選擇532nm波段激光器。
5.基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量方法，具體包括以下步驟 1).在被測物體要測量部分采用黑白的耐高溫墨做人工標(biāo)記，避免高溫使人工標(biāo)記圖像氧化掉，涂抹耐高溫墨前清理凈物體表面，先均勻涂上白色墨，待白色墨微干后，隨機涂黑色墨，黑色墨涂的位置選擇在要測量位移場的各個點附近，黑色墨涂成不規(guī)則斑點形狀，大小根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭焦距而定，即斑點大小為半徑為4-8個像素；按照測量要求，將被測物體至于測量圖像采集系統(tǒng)正前方，調(diào)節(jié)激光器的位置使光照均勻； 2).通過圖像采集系統(tǒng)采集物體變化之前圖像P1，在圖像P1的要測量位移場范圍內(nèi)選定若干正方形子區(qū)域MiQ=I……η)作為對圖像數(shù)據(jù)之間相關(guān)程度指標(biāo)的計算過程的模板，選定子區(qū)域的個數(shù)η及位置以保證位移場描述為準(zhǔn)； 3).通過圖像采集系統(tǒng)采集物體變化之后的圖像P2,對圖像P2進(jìn)行快速傅里葉變換得數(shù)據(jù)矩陣P2 [U，V]； 4).采用傅里葉變換相關(guān)定理計算相關(guān)系數(shù)，在步驟(2)中的選定的若干子區(qū)域中選定一個子區(qū)域Mi,記錄該子區(qū)域左上角的像素坐標(biāo)(Xi，yi)，對該子區(qū)域圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，之后取共軛得到數(shù)據(jù)矩陣％[x，y]； 5).對叫[1，7]和？2[1!^]做點乘運算，之后做傅里葉反變換，取傅里葉反變換結(jié)果的實部，根據(jù)傅里葉變換相關(guān)定理，此步結(jié)果即得到空間域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)二維分布矩陣C [U，V]; 6).從步驟(5)得到的相關(guān)系數(shù)二維分布矩陣內(nèi)c[u，v]逐點搜索相關(guān)系數(shù)的最大值，記錄相關(guān)系數(shù)最大值點的空間坐標(biāo)(Ui, Vi)； 7).以步驟得⑷中的(Xi，yi)為中心取41X41像素大小的子區(qū)域 作為亞像素計算的模板； 8).在步驟(6)得到點(Ui，Vi)的u、v兩個方向±2個像素點上與模板做標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差相關(guān)計算，得到U、V兩個方向各5個相關(guān)系數(shù)； 9).對步驟(8)得到的各點相關(guān)系數(shù)取對數(shù)； 10).對步驟(9)的結(jié)果做u、v兩個方向的五點插值運算，進(jìn)一步得到亞像素精度下的相關(guān)系數(shù)最大值，記錄亞像素坐標(biāo)(％Λ.);11).將步驟(6)所得坐標(biāo)(Ui，Vi)與步驟(10)所得坐標(biāo)相加之后，減去步驟(4)記錄的初始坐標(biāo)(Xi，yi)，即可得到步驟⑷所選區(qū)域左上角像素點(Xi，yi)的位移值(Δ X，Δ y),即,Α,νf .Iiii- \f + πι,,ν, KMi-V S ; 12).重復(fù)步驟(4)-(11)，其中步驟(5)中？2[1!，V]計算可以沿用第一次計算所得結(jié)果，得到各點位移值，形成位移場描述。
6.根據(jù)權(quán)利5所述的基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量方法，其特征在于步驟(2)中的所述子區(qū)域仏的大小為41X41像素大小，區(qū)域中心選在圖像灰度變化頻率大的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利5所述的基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量方法，其特征在于步驟(4)中的所述的對仏進(jìn)行的傅里葉變換為對仏添0擴充到2ν(Ν>8)像素大小后再進(jìn)行傅里葉變換。
8.根據(jù)權(quán)利5所述的基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量方法，其特征在于步驟(2)和步驟(3)中的采集圖像PpP2的區(qū)域為2ν(Ν>8)像素大小的正方形區(qū)域，區(qū)域的大小可以根據(jù)所需計算位移場的范圍選定。
9.根據(jù)權(quán)利5所述的基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量方法，其特征在于所述步驟(8)中所的做相關(guān)計算的計算公式采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差公式如下
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于人工標(biāo)記的高溫物體面內(nèi)位移場的測量系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括用于分析的計算機、面陣激光器系統(tǒng)、數(shù)字工業(yè)相機、遠(yuǎn)心鏡頭、窄帶濾波片、可調(diào)式衰減片和相機支架；其中，數(shù)字工業(yè)相機和面陣激光器系統(tǒng)分別安裝在支架上，數(shù)字工業(yè)相機位于所述面陣激光器系統(tǒng)和被測物體之間，數(shù)字工業(yè)相機通過數(shù)據(jù)線與計算機連接，遠(yuǎn)心鏡頭、窄帶濾波片和可調(diào)式衰減依次安裝數(shù)字工業(yè)相機前端。本發(fā)明可以得到1500℃以內(nèi)的高溫物體的清晰圖像并對高溫物體不同溫度和外載荷下的位移進(jìn)行非接觸測量，測量精度可達(dá)0.01像素。它攜帶方便、操作簡單、抗干擾能力強、測量精度高。
文檔編號G01B11/02GK102840829SQ20121032174
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者蘇蘭海, 馬祥華, 任寶民, 劉丹丹 申請人:北京科技大學(xué)