[发明专利]单相机四视角三维数字图像相关高精度变形测量方法

权利要求书

1.单相机四视角三维数字图像相关高精度变形测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)搭建由四角锥棱镜、单个相机所构成的光路系统，该光路系统在被测试件测量过程中的被测区域被四角锥棱镜折射一分为四且成像清晰，同时所成四视角图像沿光路传递到相机端；

(2)在被测试件表面制备随机散斑图案，作为被测试件表面形貌的信息载体；

(3)对相机拍摄的四视角图像所对应的内参和外参进行标定，得到相机内部参数和四视角对应的外部参数；

(4)采集被测试件的四视角散斑图像，并进行分割与储存；

(5)对步骤(4)中的分割图像进行立体匹配，并根据步骤(3)得到的相机内部参数和四视角对应的外部参数对分割图像进行三维重构得到点云数据，进行变形前后的点云数据的对比运算，进而得到全场位移和应变数据。

2.如权利要求1所述的单相机四视角三维数字图像相关高精度变形测量方法，其特征在于，基于测量视场和成像视角，并依据光线折射原理完成步骤(1)中的四棱锥棱镜的参数设计，具体为：

光线经空间中待测物体上任意一点O反射至四角锥棱镜侧面，经侧面折射后的光线沿水平光路传递至相机端，测量视场工作距离为l，成像视角为θ，折射率为n，根据光线折射原理有如下参数关系：

θ＝α+β，

求解上述方程，得到四角锥棱镜底面边长a，高h，入射角α，反射角β。

3.如权利要求1所述的单相机四视角三维数字图像相关高精度变形测量方法，其特征在于，步骤(3)中利用标定板对相机内部参数和四视角对应的外部参数进行标定。

4.如权利要求1所述的单相机四视角三维数字图像相关高精度变形测量方法，其特征在于，步骤(4)采集被测试样的四视角散斑图像过程中，根据现场环境进行单一窄带短波长光源补光，并在相机镜头前安装窄带短波滤波片。

5.如权利要求1所述的单相机四视角三维数字图像相关高精度变形测量方法，其特征在于，步骤(5)中根据步骤(3)得到的相机内部参数和四视角对应的外部参数对分割图像进行三维重构，具体为：

Q为空间中的待测物体上任意一点，(X_W,Y_W,Z_W)为点Q的空间三维坐标，点Q在四视角上成像点分别是Q₁、Q₂、Q₃和Q₄，四视角所对应虚相机光心分别为O_C1、O_C2、O_C3和O_C4，有如下坐标变换关系：

式中，(xⁱ,yⁱ),i＝1,2,3,4分别为单相机所拍摄四视角中Q₁、Q₂、Q₃和Q₄的像素坐标，(c_x,c_y,f_x,f_y,f_s)为相机的内部参数，和分别为四视角的光心坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移向量；

上述坐标变换关系转化为以下矩阵形式，并利用最小二乘法求解得到点Q的空间三维坐标(X_W,Y_W,Z_W)，实现点Q的三维重构：