一种基于二维摄影的高精度测量比例因子的方法与流程

本发明属于二维摄影尺度测量的技术领域，具体涉及一种基于二维摄影的高精度测量比例因子的方法。

背景技术：

随着科学技术的进步，二维摄影测量凭借其结构简单、计算量小等特点，广泛地应用于物体面内位移和尺寸长度的测量中，如利用高速相机测量起落架落震试验中的压缩量测量、试件平面尺寸测量、剪切散斑干涉蝴蝶斑纹的位置测量、二维数字图像相关测量等。目前，这类测量对象大都采用刻度尺、标尺、标定板粘贴标识点等方法来获取图像与实际尺寸的对应比例关系。这些方法(包括粘贴标识点)都是利用直尺或卡尺对两个特征之间的距离进行测量，不同的粘贴位置或不同对象都要重新利用直尺测量，不仅精度不高且效率较低。而部分利用标定板进行标定的任务中，要求标定板尽量与被测表面在同一距离并垂直于光轴，在实际测量中也难以实现。因此，优化、快速的二维摄影测量尺度标定方法，越来越成为提高二维图像测量效率和精度的先决条件之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于二维摄影的高精度测量比例因子的方法，本发明通过三个激光斑点优化计算得到二维图像与实际试件之间的比例因子，提高了比例因子的精确度，进一步提高了尺寸计算的精确度，具有较好的实用性。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于二维摄影的高精度测量比例因子的方法，在获取的二维图像中提取三个激光斑点之间的相对距离d1、d2、d3，测量实际试件中三个激光斑点之间对应的距离l1、l2、l3；从而计算得到：

其中，s为比例因子的实际值。

为了更好的实现本发明，进一步的，相对距离d1、d2、d3，与l1、l2、l3的关系式为：

式中，s1、s2、s3分别为利用l和d的对应关系计算得到的各自的比例因子，s为比例因子的实际值，△1、△2、△3分别为图像光斑提取误差引起的三个长度的测量误差，则上式可变换为：

为保证计算中引入的误差最小，则应满足以下公式：

从而计算得到比例因子的计算公式。

为了更好的实现本发明，进一步的，采用二维摄影装置进行测量，所述二维摄影装置包括包括支撑装置和分别设置在支撑装置上的高速相机、第一激光器、第二激光器、第三激光器；所述第一激光器、第二激光器、第三激光器分别设置在高速相机的上方、左侧、右侧，所述第一激光器的中心线与高速相机的镜头的中心线平行，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器的轴线相互平行；将试件固定在二维摄影装置的前方；打开高速相机、第一激光器、第二激光器、第三激光器获得被测物的图像。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述高速相机的镜头的视场角为50°。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述高速相机、第一激光器、第二激光器、第三激光器分别通过安装座固定设置在支撑装置上，所述安装座分别通过调节螺栓与高速相机、第一激光器、第二激光器、第三激光器连接。

为了克服现有的二维摄影测量尺度标定方法在效率和精度两方面的不足，本发明专利提供了一种快速、精确地二维摄影测量尺度获取方法，该技术能够为二维的尺寸和位移测量提供图像与实物之间对应的尺度比例关系。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：在二维摄影测量时，首先，打开三路激光器，向零件投射光斑，然后利用摄像机记录试件图像及三个光斑之间的图像，最后提取三个光斑的距离并与实际标定值进行对比、优化计算。这样就完成了在二维摄影测量时，尺度因子的精确、高效获取。

本发明专利的有益效果是，可以精确、高效获取二维的尺寸和位移测量提供图像与实物之间对应的尺度比例关系，为数字图像计算提供比例因子这一必要参数。

本发明的有益效果：

(1)在获取的二维图像中提取三个激光斑点之间的相对距离d1、d2、d3，测量实际试件中三个激光斑点之间对应的距离l1、l2、l3；从而计算得到玻璃因子。本发明通过三个激光斑点优化计算得到二维图像与实际试件之间的比例因子，提高了比例因子的精确度，进一步提高了尺寸计算的精确度，具有较好的实用性。

(2)所述高速相机、第一激光器、第二激光器、第三激光器分别通过安装座固定设置在支撑装置上，所述安装座分别通过调节螺栓与高速相机、第一激光器、第二激光器、第三激光器连接。本发明通过调节螺栓方便调节装置的角度，具有较好的实用性。

附图说明

图1为二维摄影装置的结构示意图；

图2为激光器的空间位置示意图；

图3为本发明的原理示意图；

图4为安装座与调节螺栓的结构示意图。

其中：1-计算机，2-高速相机，3-第二激光器，4-支撑装置，5-试件，6-第三激光器，7-第一激光器，8-第一激光光斑，9-第二激光光斑，10-第三激光光斑，11-镜头，12、13、14、15-俯仰角度调节螺栓,16、17、18、19-水平角度调节螺栓。

具体实施方式

实施例1：

一种基于二维摄影的高精度测量比例因子的方法，如图1-3所示，在获取的二维图像中提取三个激光斑点之间的相对距离d1、d2、d3，测量实际试件5中三个激光斑点之间对应的距离l1、l2、l3；从而计算得到：

其中，s为比例因子的实际值。如图2、图3所示，三个激光斑点分别为第一激光光斑8、第二激光光斑9、第三激光光斑10。

如图1所示，计算机1用于获取图像并处理图像。本发明通过三个激光斑点优化计算得到二维图像与实际试件5之间的比例因子，提高了比例因子的精确度，进一步提高了尺寸计算的精确度，具有较好的实用性。本发明利用三个距离参数进行优化计算，比利用一个距离参量(两点距离)计算抗干扰能力更强，在一定程度上能够减小比例因子的计算误差。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，如图2、图3所示，相对距离d1、d2、d3，与l1、l2、l3的关系式为：

式中，s1、s2、s3分别为利用l和d的对应关系计算得到的各自的比例因子，s为比例因子的实际值，△1、△2、△3分别为图像光斑提取误差引起的三个长度的测量误差，则上式可变换为：

为保证计算中引入的误差最小，则应满足以下公式：

从而计算得到比例因子的计算公式。

本发明通过三个激光斑点优化计算得到二维图像与实际试件5之间的比例因子，提高了比例因子的精确度，进一步提高了尺寸计算的精确度，具有较好的实用性。本发明利用三个距离参数进行优化计算，比利用一个距离参量(两点距离)计算抗干扰能力更强，在一定程度上能够减小比例因子的计算误差。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图4所示，采用二维摄影装置进行测量，所述二维摄影装置包括包括支撑装置4和分别设置在支撑装置4上的高速相机2、第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6；所述第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6分别设置在高速相机2的上方、左侧、右侧，所述第一激光器7的中心线与高速相机2的镜头11的中心线平行，所述第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6的轴线相互平行；将试件5固定在二维摄影装置的前方；打开高速相机2、第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6获得被测物的图像。

如图4所示，所述高速相机2、第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6分别通过安装座固定设置在支撑装置4上，所述安装座分别通过调节螺栓与高速相机2、第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6连接。所述调节螺栓包括俯仰角度调节螺栓12、13、14、15和水平角度调节螺栓16、17、18、19，所述安装座的底部通过俯仰角度调节螺栓12、13、14、15分别与高速相机2、第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6连接，且安装座的上部通过水平角度调节螺栓16、17、18、19调节高速相机2、第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6的水平位置。所述安装座与调节螺栓的连接关系均为现有技术且不是本发明的改进点，故不再赘述。

所述第一激光器7、第二激光器3、第三激光器6分别在试件5上投射第一激光光斑8、第二激光光斑9、第三激光光斑10。

所述二维摄影装置测试的步骤如下：

步骤1在图4中，将3个激光器安装至对应位置，其大概位置可由以下公式进行估算：

由于相机一般在大于1m的距离进行测量，标准镜头11的视场角为50°，因此相机视场最小为1m×tan25°≈0.467m。三个激光器的位置关系大概满足图2即可。安装完成后，进行调整保证三者轴线平行，对应的l1、l2、l3具体数值由计量部门进行标定。

调整步骤为：

(1)将激光器和相机固定在支撑装置4上；

(2)通过调节水平及俯仰角度的调节螺栓12-19使激光器7中心线与相机镜头11的中心线平行；

(3)以7的中心线为基准，调节3和6的水平角和俯仰角度使得激光器3,6,7的轴线平行；

步骤2按照图1所示，根据二维摄影测量的要求，安装相机和激光器，放置试件5后调整焦距、光圈等参数进行对焦，保证成像清晰。

步骤3打开激光器并利用相机获取被测物的图像。

步骤4在获得的图像中，提取三个红色光斑中心点的相对距离，d1、d2、d3。

步骤5利用l1、l2、l3与d1、d2、d3优化计算比例因子s。

本发明通过三个激光斑点优化计算得到二维图像与实际试件5之间的比例因子，提高了比例因子的精确度，进一步提高了尺寸计算的精确度，具有较好的实用性。本发明利用三个距离参数进行优化计算，比利用一个距离参量(两点距离)计算抗干扰能力更强，在一定程度上能够减小比例因子的计算误差。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。