[发明专利]一种基于DIC的温度场与变形场同步测量的方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于DIC的温度场与变形场同步测量的方法及装置，本发明方法使用彩色CCD相机配合滤波片实时获取不同温度下被测试样表面散斑图像，预先使用同批次试样制作而成的标定块进行5℃温度梯度的标定试验，将数据转化至具有视觉一致性的CIEL^*a^*b^*色彩空间，并使用三次样条插值获得连续的温度标定曲线。利用散斑图像中含有示温漆的像素点颜色变化，结合温度标定曲线进行温度场的实时测量；利用散斑图像转化得到的灰度梯度图像进行亚像素级变形场的快速搜索，从而实现了温度场与变形场的同步获取，操作简单，克服了现有测量方法的复杂性和非同步性问题。

技术领域

本发明属于高温下材料性能与温度测量技术，具体涉及一种基于DIC的温度场与变形场同步测量的方法及装置。

背景技术

温度场与变形场同步测量是研究材料热力学性能的基础。目前高温变形测量手段主要包括接触式与非接触式测量，而非接触式测量以其非接触性和全场性特点而得到广泛研究，其中数字图像相关(DIC)方法以散斑为信息承载体表征物体变形，具有操作简便、测试环境要求低和精度高等优势而迅速发展。对于非接触式温度场测量，红外热成像仪是目前使用最为成熟的测试方法，但其分辨率却远低于CCD相机，而且价格昂贵。

现有的温度场与变形场的测量有使用彩色CCD相机透过单相机双目成像系统得到被测物体三维变形，同时利用比色法运算和基于红外测温仪标定的基准温度得到被测物体表面的全场温度。但该种测量方法光路布置要求严格，对于实际应用有所限制，而且比色法在1000℃以上才具有较高的精度，导致1000℃以下测量的温度场精度较差。还有使用彩色CCD相机识别示温漆在不同温度下颜色变化，与温度标定曲线匹配从而得到实际测量的温度值，但该方法只能获得温度信息，而不能解决高温环境下的温度与变形的同步获取问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于DIC的温度场与变形场同步实时测量方法及装置，实现了温度场与变形场的同步获取，操作简单，克服了现有测量方法的复杂性和非同步性问题。

技术方案：本发明所述的一种基于DIC的温度场与变形场同步测量方法，包括以下步骤：

(1)实时获取不同温度下标定块表面散斑图像；

(2)将各散斑图RGB值转化为CIE L*a*b*色彩空间值，并与对应温度值形成标定对，得到色彩空间下的离散温度标定点，对数据进行三次样条插值，得到标定块的连续温度标定曲线；

(3)对被测试样进行加热；

(4)利用照明光源照射在被测试样表面，彩色CCD相机实时获取被测试样散斑图像，传输、存储至计算机；

(5)计算机提取散斑图中M*N像素点矩形范围内含有示温漆的像素点，将RGB值转化为CIEL^*a^*b^*色彩空间值，并取其算术平均值作为中心点C的色彩空间值(L₀,a₀,b₀)，与标定的连续温度曲线进行最小匹配得到C点温度值T_m，得到测量区域温度场分布T(x,y)；

(6)同时，计算机将散斑图像转化为灰度图像，使用二阶形函数进行二维位移搜索，并基于局部最小二乘拟合的方法求解，得到测量区域二维热应变场，实现某一时刻被测试样的温度场与变形场同步测量。

步骤(4)所述的照明光源为蓝光照明光源。

所述步骤(5)包括以下步骤：

(51)对采集的标定匹配对图像进行由RGB值向三刺激值X,Y,Z的转化，使用变换矩阵A完成转化：

其中：