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專(zhuān)利名稱：一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)變測(cè)量方法，特別是一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式的實(shí)時(shí)的應(yīng)變測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
材料的力學(xué)性能測(cè)試通常離不開(kāi)變形的測(cè)量。傳統(tǒng)的變形測(cè)量方法主要有電子引伸計(jì)法和電子應(yīng)變片法等接觸式測(cè)量方法，這類(lèi)方法有其廣泛的優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)格便宜、穩(wěn)定性好、技術(shù)成熟等，但也有其固有的缺點(diǎn)和局限性，如引伸計(jì)本身的重量將影響試樣的受力狀態(tài)，嵌入式的應(yīng)變片對(duì)試樣表面會(huì)造成一定程度的損傷，特別是當(dāng)試樣為柔性材料(如橡膠、薄膜材料)時(shí)，測(cè)量的結(jié)果很不理想；而現(xiàn)有的基于數(shù)字圖像技術(shù)的數(shù)字散斑測(cè)量系統(tǒng)和視頻引伸計(jì)，雖為非接觸式，可測(cè)出材料的全場(chǎng)形變，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，但是設(shè)備昂貴、應(yīng)變算法復(fù)雜，對(duì)環(huán)境光源要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法，其在圖像處理時(shí)，通過(guò)添加隨動(dòng)視窗的方法，極大地降低目標(biāo)追蹤的難度，降低對(duì)試件表面光潔度及對(duì)環(huán)境光源的要求，具有算法簡(jiǎn)潔、抗干擾力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法，步驟I將試樣安裝在加載機(jī)器上，沿預(yù)設(shè)方向作一對(duì)標(biāo)記；步驟2控制攝像機(jī)采集未變形的試樣圖像，給此圖像添加相應(yīng)視窗，使每個(gè)視窗包含有且僅有一個(gè)標(biāo)記；然后，截取視窗內(nèi)的圖像，對(duì)截取的圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)、自適應(yīng)閾值計(jì)算、二值化處理，搜尋二值圖像中面積最大的目標(biāo)，并提取此目標(biāo)的中心坐標(biāo),如此得到未變形的試樣圖像中標(biāo)記的中心坐標(biāo)。步驟3對(duì)試樣進(jìn)行加載，同時(shí)，控制攝像機(jī)自動(dòng)定時(shí)采集試樣圖像，實(shí)時(shí)分析處理圖像得到應(yīng)變數(shù)據(jù)并可視化。對(duì)于采集到的第一張圖像，仍以步驟2中添加的視窗進(jìn)行類(lèi)似的截取和處理，得到此圖像中標(biāo)記的中心坐標(biāo)，并與參考圖像中的中心坐標(biāo)進(jìn)行比較，得到各標(biāo)記的中心坐標(biāo)位置的增量，以此計(jì)算出試樣沿預(yù)設(shè)方向的應(yīng)變，同時(shí)，將中心坐標(biāo)位置的增量，疊加在對(duì)應(yīng)的視窗位置坐標(biāo)上，從而得到新的視窗。在隨后的測(cè)量過(guò)程中，以新的視窗截取采集到的圖像并分析處理，計(jì)算出應(yīng)變數(shù)據(jù)及可視化，并即時(shí)更新視窗位置，如此更迭進(jìn)行，直至試驗(yàn)結(jié)束。本發(fā)明為一種基于數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法，與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)和有益效果是:1.本發(fā)明在數(shù)字圖像處理方面，并不對(duì)采集到的整張圖像進(jìn)行處理，而是給采集到的圖像添加隨動(dòng)視窗，圖像處理時(shí)，只對(duì)視窗內(nèi)的圖像進(jìn)行處理。通過(guò)添加視窗的方法，一方面，極大地減少圖像處理的面積，提高了計(jì)算效率；另一方面，極大地降低了目標(biāo)追蹤的難度，使得目標(biāo)追蹤算法極其簡(jiǎn)潔，同時(shí)增強(qiáng)了圖像處理的抗干擾能力，降低了試驗(yàn)對(duì)試件表面光潔度的要求及對(duì)周?chē)庹盏拿舾行?，即使試件表面有污點(diǎn)，只要污點(diǎn)不包含在視窗內(nèi)，則完全不影響目標(biāo)追蹤的準(zhǔn)確性。2.本發(fā)明通過(guò)搜尋二值圖像中面積最大的目標(biāo)來(lái)追蹤標(biāo)記，然后提取其中心坐標(biāo)。如此，即使視窗內(nèi)包含有污點(diǎn)，只要單個(gè)污點(diǎn)的面積不大于標(biāo)記的面積，則不影響目標(biāo)追蹤的準(zhǔn)確性。3.本發(fā)明所添加的視窗，自動(dòng)跟隨標(biāo)記移動(dòng)，因此稱為隨動(dòng)視窗。由于所添加的視窗為隨動(dòng)視窗，因此，可以使視窗的大小設(shè)置得更小，即使試樣發(fā)生大變形，標(biāo)記也不會(huì)移出隨動(dòng)視窗的范圍，這樣可進(jìn)一步減少圖像處理的面積，提聞圖像處理的效率和抗干擾能力。如果試樣發(fā)生的變形較小，則還可以通過(guò)給試件作足夠多的標(biāo)記，并相應(yīng)地添加足夠多的隨動(dòng)視窗，從而將此發(fā)明應(yīng)用于材料的全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量。總體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明采用添加隨動(dòng)視窗的方法，極大地減少圖像處理的面積，使得圖像處理算法變得極其簡(jiǎn)單，從而實(shí)現(xiàn)在線應(yīng)變測(cè)量和可視化，同時(shí)也提高了計(jì)算效率和圖像處理的抗干擾能力。簡(jiǎn)而言 之，本發(fā)明算法簡(jiǎn)潔、抗干擾力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，即使所采用的攝像機(jī)為普通網(wǎng)絡(luò)攝像頭也可以取得良好的效果，適合普及推廣。


圖1是本發(fā)明軸線加載方向的一對(duì)標(biāo)記的隨動(dòng)視窗示意圖。圖2是本發(fā)明軸向一對(duì)標(biāo)記和橫向一對(duì)標(biāo)記的隨動(dòng)視窗不意圖。
具體實(shí)施例方式一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法，可用于實(shí)時(shí)測(cè)量固體試樣在拉伸或壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)變。以下結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例1一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法，用于測(cè)量試樣軸向線應(yīng)變。步驟I將試樣(2)安裝在加載機(jī)器上，并沿軸線加載方向作一對(duì)標(biāo)記(3)；步驟2控制攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)試樣并調(diào)節(jié)攝像機(jī)焦距，使圖像清晰可見(jiàn)。步驟3采集加載前的圖像(I)，給圖像添加一對(duì)視窗(4)，每個(gè)視窗包含一個(gè)標(biāo)記
(3)，如圖1所示。視窗分別為4)晃其中，分別為視窗Atl左上角的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，
分別為視窗Atl在圖像水平方向和垂直方向所包含的像素?cái)?shù)量，類(lèi)似地，可以推知視窗B。
中元素的意義。以視窗ApBci分別截取圖像并處理，得到對(duì)應(yīng)標(biāo)記在視窗圖像坐標(biāo)系中的中心點(diǎn)蘆0=!>辦，.)^。]，仏)，將其轉(zhuǎn)換成在總體圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)巧=[1。，；^]，Qq=[Xqo,Υβο]，其中，& = A ^po=Yao +yPo ^g0 =XBo +Xqo ^Yq0 =Yb, +^0。步驟4對(duì)試樣進(jìn)行加載，同時(shí)，使攝像機(jī)自動(dòng)定時(shí)采集試樣變形圖像，對(duì)于采集到的第一張圖像，仍以&、Btl截取圖像并分析處理，得到對(duì)應(yīng)標(biāo)記的新的中心點(diǎn)= 4 = [^ρ,，& ]，于是可知，P1 相對(duì)于 P。的增量 M = [^Xpi, ^Ypl ]，其中，
^ρ{ = ^pl ~ ^p0 ^pi = 4 _ 4，同理可得 Q1 相對(duì)于 Q。的增量:
權(quán)利要求
1.一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于: 步驟I將試樣安裝在加載機(jī)器上，沿預(yù)設(shè)方向作一對(duì)標(biāo)記； 步驟2控制攝像機(jī)采集未變形的試樣圖像，識(shí)別出圖像中的標(biāo)記并提取其中心點(diǎn)，其方法是:給圖像添加與標(biāo)記數(shù)量相等的視窗，使每個(gè)視窗包含一個(gè)標(biāo)記，然后從各視窗分別截取圖像，對(duì)截取的圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)、自適應(yīng)閾值計(jì)算、二值化處理，搜尋二值圖像中面積最大的目標(biāo)，并提取此目標(biāo)的中心坐標(biāo)，從而得到未變形圖像中標(biāo)記的中心坐標(biāo)； 步驟3對(duì)試樣進(jìn)行加載，同時(shí)，控制攝像機(jī)自動(dòng)定時(shí)采集試樣圖像，實(shí)時(shí)分析處理圖像，計(jì)算得到應(yīng)變并實(shí)現(xiàn)可視化，其方法是:對(duì)于采集到的第一張圖像，仍以步驟2中添加的視窗進(jìn)行圖像截取和處理，提取到圖像中各標(biāo)記的中心坐標(biāo)，并與未變形的試樣圖像中的中心坐標(biāo)進(jìn)行比較，得到各標(biāo)記的中心坐標(biāo)位置的增量，以此計(jì)算出試樣沿預(yù)設(shè)方向的應(yīng)變，同時(shí)，將中心坐標(biāo)位置的增量疊加在對(duì)應(yīng)的視窗位置坐標(biāo)上，從而獲得新的視窗，在隨后的應(yīng)變測(cè)量過(guò)程中，以新視窗截取圖像并分析處理，計(jì)算得到應(yīng)變并實(shí)現(xiàn)可視化，繼而更新隨動(dòng)視窗位置，如此更迭進(jìn)行，直至試驗(yàn)完成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于隨動(dòng)視窗與數(shù)字圖像的非接觸式實(shí)時(shí)應(yīng)變測(cè)量方法。步驟1對(duì)試樣(2)沿預(yù)設(shè)方向作一對(duì)標(biāo)記(3)，并安裝好試樣；步驟2控制攝像頭采集未變形的試樣圖像(1)并給此圖像添加與標(biāo)記數(shù)量相等的視窗(4)，從視窗截取試樣圖像并分析處理，識(shí)別出各視窗內(nèi)的標(biāo)記并提取其初始中心坐標(biāo)；步驟3對(duì)試樣進(jìn)行加載，同時(shí)定時(shí)采集試樣圖像，對(duì)采集的每一張圖像，在視窗內(nèi)進(jìn)行與步驟2類(lèi)似的圖像截取和處理，提取到各標(biāo)記新的中心坐標(biāo)，并與初始中心坐標(biāo)比較，計(jì)算出應(yīng)變并可視化，同時(shí)根據(jù)中心坐標(biāo)的增量更新視窗位置，使視窗自動(dòng)隨標(biāo)記移動(dòng)，如此更迭進(jìn)行，直至試驗(yàn)結(jié)束。本發(fā)明經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、實(shí)用，且具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
文檔編號(hào)G01B11/16GK103149087SQ201310048899
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者羅文波, 劉秀 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)