基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计及测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计及测量方法，包括夹持装置、标记点、观测系统以及计算机；所述标记点设置在夹持装置上；所述夹持装置能够夹持在被测试件上，且当夹持装置夹持在被测试件上时，标记点面向观测系统；所述观测系统连接计算机。本发明专利技术将图像自动识别和三维数字图像相关法结合起来，通过设计特殊的标记图案和夹持装置实现对试件标距段的标识，无需在试件表面制作标志点，避免了制作标记的繁琐过程和制作标记过程中损伤试件的可能性。过程中损伤试件的可能性。过程中损伤试件的可能性。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计及测量方法


[0001]本专利技术涉及光电检测的
，具体地，涉及一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计及测量方法。尤其是，优选的涉及一种基于图像自动识别和三维数字图像相关法的高精度视频引伸计。

技术介绍

[0002]材料的力学性能试验是材料应用前的基本测试，也是材料科学技术发展的基本条件，而应变测量是分析材料力学性能的一项重要测试。引伸计是用来测量应变的最常用工具。现有的引伸计大致可分为两种，一种是接触式引伸计，另一种是非接触的视频引伸计。
[0003]接触式引伸计分为机械式引伸计和电子引伸计，两者都需要将装置固定到待测试件上进行应变采集，不同的是前者通过杠杆、齿轮等将变形放大显示(千分表等)，后者通过微处理器将传感器传来的电信号转换为应变数值。接触式引伸计的优点是结构简单，价格低廉，便于组装等，缺点是容易滑脱，试样断裂前需要摘除引伸计，无法应用于大应变试样测量，无法直接测量试样的后屈服阶段、颈缩阶段以及断裂阶段的弹塑性应力、应变行为。
[0004]近年来，为克服接触式引伸计的缺陷，视频引伸计发展迅速，其原理主要是通过图像处理技术跟踪试件表面的若干特征点，并根据这些特征点的运动计算出试件的应变。视频引伸计一般由照明光源、数字相机、镜头、图像采集卡以及包括视频图像跟踪程序的计算机等组成。对比接触式引伸计，视频引伸计对试件的影响较少，可以用于测量大变形，并可以直接测量试样的后屈服阶段、颈缩阶段以及断裂阶段的弹塑性应变行为，相对接触式引伸计，视频引伸计操作起来也更加方便。
[0005]数字图像相关方法是近年来发展迅速的一种光学非接触式变形测量技术。该方法通过数字相机采集试件在变形过程中的图像，并用初始时刻的图像作为参考图，与后续图像进行比对，通过数字图像相关算法计算出试件表面的变形。根据测量光路的不同，数字图像相关法可分为二维数字图像相关法和三维数字图像相关法。二维数字图像相关法使用一个相机正对试件拍摄图像，只能对表面为平面且变形发生在面内的试件进行测量。三维数字图像相关法则使用两个相机进行观测，通过立体视觉原理重建试件的表面轮廓以及被测点的三维空间坐标，因此，三维数字图像相关法的适用对象更加广泛，测量精度也更高。
[0006]在视频引伸计的工作过程中，通常需要先在试件上先选取两个特征点，而后对它们进行跟踪实现应变测量。特征点的通常是在试件上喷涂的散斑，或是粘贴散斑，特征点的选取则是通过人工在相机窗口中手动设定。
[0007]公开号为CN113566727A的中国专利技术专利文献公开一种基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计及测量方法。本引伸计包括激光器、光纤分束器、两条光纤、两个准直透镜、三个平面反射镜、一个压电陶瓷相移器、一个分光棱镜、一个CCD/CMOS相机和计算机，激光器产生的激光由光纤分束器分成两路分别经两个准直透镜照射试件中测试区段，试件上从标距长度两端反射的激光，经由反射镜、分光棱镜、相移器组成的相移剪切光路，进入成像镜头并在相机靶面实现剪切干涉，实现标距长度段的高精度应变测量。
[0008]针对上述中的相关技术，专利技术人认为特征点的选取通过人工在相机窗口中手动设定，这个操作过程不仅耗时耗力，而且人为因素较多，容易给测量造成误差。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计及测量方法。
[0010]根据本专利技术提供的一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，包括夹持装置、标记点、观测系统以及计算机；
[0011]所述标记点设置在夹持装置上；
[0012]所述夹持装置能够夹持在被测试件上，且当夹持装置夹持在被测试件上时，标记点面向观测系统；
[0013]所述观测系统连接计算机。
[0014]优选的，所述观测系统包括第一相机和第二相机；
[0015]所述第一相机和第二相机构成立体视觉测量系统；
[0016]所述第一相机和第二相机分别连接计算机；
[0017]当夹持装置夹持在被测试件上时，所述计算机控制第一相机和第二相机采集被测试件的图像；
[0018]所述计算机对图像进行处理，获得被测试件的应变。
[0019]优选的，所述标记点为同心环。
[0020]优选的，所述标记点通过对夹持装置表面处理生成。
[0021]优选的，所述夹持装置包括弹簧夹或橡皮筋。
[0022]根据本专利技术提供的一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计测试方法，应用基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，包括如下步骤：
[0023]初始时刻步骤：获取初始时刻时，待测试件的初始标距长度D0；
[0024]当前时刻步骤：获取当前时刻时，待测试件的当前标距长度Dt,并根据初始标距长度和当前标距长度计算应变ε。
[0025]优选的，该测量方法还包括如下步骤：
[0026]夹持步骤：将第一夹持装置和第二夹持装置分别夹持到待测试件标距段的两端，并将第一夹持装置的标记点P和第二夹持装置上的标记点Q面向观测系统；
[0027]标定参数获取步骤：第一相机C1和第二相机C2使用立体视觉标定方法获得系统标定参数；
[0028]拍摄步骤：第一相机和第二相机分别对准待测试件进行拍摄。
[0029]优选的，所述初始时刻步骤包括如下步骤：
[0030]初始位置获取步骤：获取第一相机和第二相机拍摄的初始图像，通过图像自动提取技术，提取标记点P在第一相机和第二相机中的初始位置为提取标记点Q在第一相机和第二相机中的初始位置为
[0031]标记点重建步骤：在提取标记点初始位置的基础上，通过系统标定参数重建出标记点P的初始空间坐标和标记点Q的初始空间坐标
[0032]初始标距长度计算步骤：通过初始空间坐标和计算出待测试件的初始标距长度
[0033]优选的，所述当前时刻步骤包括如下步骤：
[0034]当前空间坐标获取步骤：测量过程中，获取第一相机和第二相机拍摄的当前图像，通过初始图像和当前图像的相关匹配，获得当前时刻t标记点P的空间坐标和标记点Q的空间坐标
[0035]标距长度计算步骤：通过当前时刻的空间坐标和计算出待测试件在当前时刻的标距长度
[0036]应变获得步骤：计算出待测试件标距段的伸长量ΔD＝Dt
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D0，获得待测试件的应变ε＝ΔD/D0。
[0037]优选的，在所述初始位置获取步骤中，标志点初始位置的自动识别是通过图像阈值分割、边缘提取、圆形特征提取以及相机图像间的相关匹配实现的。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0039]1、本专利技术将图像自动识别和三维数字图像相关法结合起来，通过设计特殊的标记图案和夹持装置实现对试件标距段的标识，无需在试件表面制作标志点，避免了制作标记的繁琐过程和制作标记过程中损伤试件的可能性；
[0040]2、本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，其特征在于，包括夹持装置、标记点、观测系统以及计算机；所述标记点设置在夹持装置上；所述夹持装置能够夹持在被测试件上，且当夹持装置夹持在被测试件上时，标记点面向观测系统；所述观测系统连接计算机。2.根据权利要求1所述的基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，其特征在于，所述观测系统包括第一相机和第二相机；所述第一相机和第二相机构成立体视觉测量系统；所述第一相机和第二相机分别连接计算机；当夹持装置夹持在被测试件上时，所述计算机控制第一相机和第二相机采集被测试件的图像；所述计算机对图像进行处理，获得被测试件的应变。3.根据权利要求1所述的基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，其特征在于，所述标记点为同心环。4.根据权利要求1所述的基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，其特征在于，所述标记点通过对夹持装置表面处理生成。5.根据权利要求1所述的基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，其特征在于，所述夹持装置包括弹簧夹或橡皮筋。6.一种基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计测试方法，其特征在于，应用权利要求1
‑
5任一所述的基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计，包括如下步骤：初始时刻步骤：获取初始时刻时，待测试件的初始标距长度D0；当前时刻步骤：获取当前时刻时，待测试件的当前标距长度Dt,并根据初始标距长度和当前标距长度计算应变ε。7.根据权利要求6所述的基于图像识别和数字图像相关法的视频引伸计测试方法，其特征在于，该测量方法还包括如下步骤：夹持步骤：将第一夹持装置和第二夹持装置分别夹持到待测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：许恒庭，李凯，武英英，陈莉，刘维丽，范馥雅，徐兴中，杨楠，吴宏，胡涛，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：