CN110514392A - 基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***及方法 - Google Patents

基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***及方法 Download PDF

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CN110514392A CN201910825008.4A CN201910825008A CN110514392A CN 110514392 A CN110514392 A CN 110514392A CN 201910825008 A CN201910825008 A CN 201910825008A CN 110514392 A CN110514392 A CN 110514392A
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Abstract

本公开涉及一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***及方法，所述***包括开设有耐高温观察窗口的密闭实验舱，密闭实验舱内固定有被测试件；照明光源，用于照射所述被测试件表面；广角相机，用于获取被测试件表面的图像；加热装置，用于对被测试件进行加热；温度测量装置，用于测量被测试件表面的单点温度；控制终端，用于根据畸变校正后的被测试件表面的图像得到被测试件表面的变形场，根据被测试件表面的单点温度及畸变校正后的被测试件表面的图像得到被测试件表面的温度场。通过广角相机能够很好的扩大图像采集范围，获取更多有效的实验数据；通过畸变校正可以大大降低图像畸变误差，得到更加精准的变形场和温度场信息。

Description

基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***及方法
技术领域
本公开涉及材料实验技术领域，尤其涉及一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***及方法。
背景技术
在航空航天领域，高温、高速流场的复杂服役环境给航空航天热防护带来了巨大挑战。服役前一般需要采用地面考核的方式对热防护***的材料/结构等性能进行测试和评估，现有的高温风洞现有的高温风洞利用相机获取的图像受到观察窗口和观察位置限制，导致采集的区域十分有限，实验数据量少。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***及方法，用以解决高温风洞观测手段获取的图像区域有限的问题。
根据本公开的一方面，提供了一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***，包括：
开设有耐高温观察窗口的密闭实验舱，所述密闭实验舱内固定有被测试件；
设置在所述密闭实验舱外的照明光源，用于照射所述被测试件表面；
设置在所述密闭实验舱外的广角相机，用于获取所述被测试件表面的图像；
设置在所述密闭实验舱内的加热装置，用于对所述被测试件进行加热；
设置在所述密闭实验舱外的温度测量装置，用于测量所述被测试件表面的单点温度；
控制终端，用于根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场，根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
在一种可能的实现方式中，所述控制终端还用于：通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型；
所述畸变校正模型包括：几何坐标位置畸变校正子模型和灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，所述控制终端还用于：
通过中值滤波对所述被测试件表面的图像进行去噪处理；
根据所述畸变校正模型对去噪处理后的图像进行校正，得到畸变校正后的被测试件表面的图像。
在一种可能的实现方式中，所述通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型，包括：
在标定模板的真实图像中提取第一特征点坐标，在广角相机采集的畸变图像中提取与所述第一特征点坐标对应的第二特征点坐标；
根据所述第一特征点坐标和第二特征点坐标，利用多项式拟合得到畸变图像坐标与真实图像坐标之间的转换参数，根据所述转换参数得到所述几何坐标位置畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，所述通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型，还包括：
根据标定模板的真实图像中，与广角相机采集的畸变图像中目标像素点相邻的四个像素点的灰度值，利用双线性插值得到所述灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，所述控制终端还用于：
控制所述照明光源，通过所述耐高温观察窗口对所述被测试件的表面提供光照；
控制所述广角相机，通过所述耐高温观察窗口采集所述被测试件表面的图像；
控制所述加热装置对所述被测试件加热；
控制所述温度测量装置，通过所述耐高温观察窗口测量所述被测试件表面的单点温度。
在一种可能的实现方式中，所述广角相机为集成广角镜头的电荷耦合元件相机，所述广角镜头加装有蓝色滤波片。
根据本公开的另一方面，提供了一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量方法，包括：
通过照明光源照射密闭实验舱内的被测试件表面；
通过广角相机获取所述被测试件表面的图像；
通过加热装置对所述被测试件进行加热；
通过温度测量装置测量所述被测试件表面的单点温度；
根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场；根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
根据本公开的另一方面，提供了一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量装置，包括：
光照模块，用于通过所述照明光源照射密闭实验舱内的被测试件表面；
图像采集模块，用于通过广角相机的获取所述被测试件表面的图像；
加热模块，用于通过加热装置对所述被测试件进行加热；
单点温度测量模块，用于通过温度测量装置测量所述被测试件表面的单点温度；
控制模块，用于根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场；根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
根据本公开的另一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。
本公开通过设置在密闭实验舱外的广角相机，获取被测试件表面的图像，能够很好的扩大图像采集范围，获取更多有效的实验数据；并根据畸变校正后的被测试件表面的图像得到被测试件表面的变形场，根据被测试件表面的单点温度及畸变校正后的被测试件表面的图像得到被测试件表面的温度场，可以有效消除广角镜头带来的图像畸变给数据的处理分析带来的干扰，大大降低畸变误差，进而得到更加精准的变形场和温度场信息。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***的结构图；
图2示出根据本公开一实施例的用于基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量的控制终端工作流程图；
图3示出根据本公开一实施例的广角相机的图像采集原理示意图；
图4示出根据本公开一实施例的灰度图像校正线性差值原理示意图；
图5示出根据本公开一实施例的用于基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量的控制终端的结构框图；
图6示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量方法的流程图；
图7示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量方法的流程图；
图8示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量装置的结构图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
在航空航天领域，高温、高速流场的复杂服役环境给航空航天热防护带来了巨大挑战。飞行器高速巡航和再入时，发动机各组成部件、鼻锥和前缘等关键结构部件均要经受超高速、超高温等极端环境的考验。该类极端环境均伴随着热化学烧蚀、气动热环境、边界层转捩和气动外形演化等诸多问题的挑战。稳定的热防护***是内部仪器设备正常工作的必要保障，因此热防护***的可靠性和安全性验证对于高速飞行器的安全服役具有关键意义。为验证热防护***的可靠性和安全性，服役前一般需要采用地面考核的方式对热防护***的材料/结构等性能进行测试和评估，高温风洞作为地面考核的一种重要形式，在航空航天领域受到越来越广泛的应用。
现有的高温风洞观测手段主要是基于双目视觉的数字图像相关法，使用常规双目CCD相机进行图像采集，但在实际实验过程中，现有的高温风洞实验设备由于观察窗口的大小和位置的限制，导致采用上述方法进行图像采集时能够获取的图像区域十分有限。
因此，本公开提出了一种基于广角镜头和图像畸形校正方法的高温风洞温度变形同步测量***，该***使用广角镜头采集风洞考核试验图像，并在计算机等控制终端集成图像畸形矫正处理方法，用于对图像数据进行处理和分析，从而获取更多数量且准确有效的实验数据。
图1示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***的结构图。如图1所示，该***包括：开设有耐高温观察窗口5的密闭实验舱1，所述密闭实验舱1内固定有被测试件4；设置在所述密闭实验舱1外的照明光源8，用于照射所述被测试件4表面；设置在所述密闭实验舱1外的广角相机6，用于获取所述被测试件4表面的图像；设置在所述密闭实验舱1内的加热装置2，用于对所述被测试件4进行加热；设置在所述密闭实验舱1外的温度测量装置7，用于测量所述被测试件4表面的单点温度；控制终端9，用于根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场(包括位移场和应变场)，根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
本公开中被测试件可以为广泛应用于航空航天热防护的碳/碳化硅复合材料制成的试件，或其他任何需要进行高温风洞考核测试的试件。被测试件尺寸可以根据实验对象及密闭实验舱的规格进行选定，在此不作限定，在一示例性实施例中，试件尺寸可以为50mm×50mm×10mm。照明光源为实验环境和被测试件表面提供光照，可以为窄带的单色LED光源(如窄带蓝光光源)。温度测量装置可以为：单点红外测温仪或光测高温计等，在此不做限定，其中，被测试件表面的单点温度可以表示被测试件表面任意一点的温度，实验过程中实时记录单点温度变化。该被测试件可以通过夹持装置3固定在密闭实验舱中的合适位置，进行高温环境测试。加热装置固定在密闭实验舱中指定位置，在实验过程中，对准被测试件表面进行加热。其中，加热装置可以为氧乙炔火焰喷枪，采用氧乙炔火焰加热，火焰喷嘴内径为2mm，该喷枪距离被测试件的表面可以为4～5cm，加热装置中氧气和乙炔的气压分别可以为0.4MPa和0.095MPa，流量分别为4.14L/min和2.46L/min，可以实现对测量试件表面的1100℃的局部加热。
需要说明的是，在密闭实验舱上开设的耐高温观察窗口，作为实验过程中温度测量装置测量被测试件表面的单点温度、广角相机采集被测试件的实时图像及照明光源照射被测试件表面的通道，开设的位置、大小需要满足安全标准，为了确保实验过程中舱外实验人员安全，该耐高温观察窗口一般开设较小，同时，由于密闭实验舱中加热装置的布设位置需要符合一定标准及受到密闭实验舱中环境空间的限制，需要将被测试件靠近加热装置，因此，透过耐高温观察窗口，常规相机采集的被测试件表面的图像会出现不完整的现象，使得采集的实验数据量少，影响最终的实验效果；因此，本公开采用广角相机进行图像的实时采集可以很好的扩大图像采集范围，在有限的观测窗口内实现更大视角的图像观测，获取更多有效的实验数据，提高了实验结果的可靠性和准确性。
在一种可能的实现方式中，本公开中广角相机可以为集成广角镜头的电荷耦合元件相机(Charge coupled Device，CCD相机)，用于获取风洞考核实时图像，其中，广角镜头加装有窄带滤波片，可以降低试件表面辐射光和其他光源(如自然光)等的干扰。
在一种可能的实现方式中，该控制终端可以分别与照明光源、加热装置、温度测量装置、广角相机相连；该控制终端还可以用于：控制所述照明光源，通过所述耐高温观察窗口对所述被测试件的表面提供光照；控制所述广角相机，通过所述耐高温观察窗口采集所述被测试件表面的图像；控制所述加热装置对所述被测试件加热；控制所述温度测量装置，通过所述耐高温观察窗口测量所述被测试件表面的单点温度。
图2示出根据本公开一实施例的用于基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量的控制终端工作流程图；如图2所示，控制终端，用以实时存储和处理图像信息和温度信息，并可通过畸变校正对所测图像进行修正；根据畸变校正后的光源发光时采集的图像确定被测试件的表面的变形场(包括位移场和应变场)，根据畸变校正后的光源发光时采集的图像和确定点的单点温度确定被测试件的表面的温度场。
本公开中通过广角相机采集被测试件表面的图像，该图像会发生畸变，由于广角镜头带来的图像畸变会给进一步的数据处理分析带来很大的误差，因此，需要对广角镜头采集到的发生畸变的图像进行畸变校正，从而降低畸变误差，提高实验结果的准确性。
图3示出根据本公开一实施例的广角相机的图像采集原理示意图；如图3所示，广角镜头产生的畸变主要由径向畸变、偏心畸变和薄棱镜畸变组成，实际畸变后图像坐标点(x,y)和理想坐标点(u,v)之间的关系可描述为其中，δx和δy分别表示实际畸变后图像坐标在x和y方向上的偏移量,δx和δy可由三种畸变共同作用的表达式来表述：
其中，k1和k2表示径向畸变的畸变系数，p1和p2表示偏心畸变的畸变系数，s1和s2表示薄棱镜畸变的畸变系数。
一般来讲，广角镜头产生的畸变主要是径向畸变，因此将上述表达式(1)简化为其中表示当前畸变校正点到畸变图像中心点的半径大小；在对包含畸变的图像进行校正，可以用如下的表达式进行描述：
f(x,y)＝T(f(u,v))…………………………..(2)
其中，f(x,y)是广角相机采集的畸变后的图像，(x,y)为畸变后图像坐标点，f(u,v)表示理想的图像，(u,v)为理想图像中坐标点，T表示所建立的图像畸变校正模型；
在一种可能的实现方式中，控制终端还用于：通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型；利用该畸变校正模型对采集的畸变图像进行校正；
由于对畸变图像的校正主要包含两个方面的内容：几何坐标位置的校正和灰度值畸变的校正，故所建立的畸变校正模型主要包括两个部分：几何坐标位置畸变校正子模型和灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，上述确定畸变校正模型可以包括：在标定模板的真实图像中提取第一特征点坐标，在广角相机采集的畸变图像中提取与所述第一特征点坐标对应的第二特征点坐标；根据所述第一特征点坐标和第二特征点坐标，利用多项式拟合得到畸变图像坐标与真实图像坐标之间的转换参数，根据所述转换参数得到所述几何坐标位置畸变校正子模型。
举例来说，从标定板中原始图像和畸变图像中提取两组对应的特征点(即第一特征点和第二特征点)，根据对应的特征点坐标建立映射关系，求解未知参数，并通过该函数映射关系完成标定过程。在此过程中，可以采用多项式拟合方法进行拟合，描述畸变图像与理想图像(标定板中原始图像)坐标点之间的关系，表达式可以表述如下：
其中，aij和bij均为待定系数，n为使用的多项式次数，n的取值可以为4或5，x,y为畸变后图像中点的坐标，u,v为理想图像中点的坐标。
在本公开中为求解上述待定系数aij和bij，在拟合时用最小二乘法提高精度使得拟合的误差最小(拟合误差的平方和最小)；在用最小二乘法求解得到拟合系数后，即可确定畸变图像坐标与真实图像坐标之间的转换参数，即得到几何坐标位置畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，上述确定畸变校正模型，还可以包括：根据标定模板的真实图像中，与广角相机采集的畸变图像中目标像素点相邻的四个像素点的灰度值，利用双线性插值得到所述灰度值畸变校正子模型。
举例来说，本公开采用双线性插值提高构建的灰度校正子模型的精度，首先获得目标像素的四个邻近点像素已知的灰度值，在互相垂直的两个方向上同时进行线性插值。如图4所示，若目标像素点(即畸变图像中像素点)位置的坐标为(x,y)，其灰度值f(P)未知；该像素点附近的四个邻近点坐标分别为A(x1,y1),B(x2,y1),C(x1,y2),D(x2,y2)，已知各临近点对应的灰度值分别为f(A),f(B),f(C),f(D)，分别在x方向和y方向进行线性插值可以得到：
对上述公式(4)进行变形处理，得到上述双线性插值的结果为：
上述公式(5)即为灰度值畸变校正子模型。
在得到畸变校正模型之后，可以对广角相机采集到的被测试件表面发生畸变的图像(源图像)进行校正，即通过已标定获得的基本参数和基本模型(即上述标定得到的畸变校正模型)，对几何坐标位置畸变和灰度值畸变进行校正，获得较为准确的调整图像(即畸变校正后的图像)；在校正过程中首先进行图像空间坐标的转换(即几何坐标位置畸变校正)，在对图像的像素点位置坐标进行几何校正之后，然后确定对应像素点的灰度信息(即灰度图像校正)。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，所述控制终端还用于：通过中值滤波对所述被测试件表面的图像进行去噪处理；根据所述畸变校正模型对去噪处理后的图像进行校正，得到畸变校正后的被测试件表面的图像。通过滤波对源图像进行去噪处理(如中值滤波、维纳滤波)，提高了图像的清晰度。
广角相机采集到的畸形图像通过上述图像畸形校正后可转化为实际观测图像(畸变校正后的图像)，如图2所示，通过前后两个不同时刻(指相邻的两帧图像，示例性的，采集图像的频率可以为5帧/每秒)经过畸变校正后的图像，确定被测试件表面实际的变形场(包括位移场和应变场)信息，并根据单点温度测点数据，利用“比色法”获取被测试件表面实际的温度场信息；其中，变形场(包括应变场和位移场)的计算通过数字图像相关方法计算得到；“比色法”可以表示为利用物体表面一点已知温度以及该点与物体表面的其他点辐射出的两个相邻狭窄波段光辐射强度的比值来获得该物体表面的温度场。
举例来说，可以将被测试件表面亮度适中区域的点的温度作为单点温度，并根据该被测试件表面亮度适中区域的点的温度及该被测试件表面畸变校正后的图像，通过比色法获得被测试件表面的温度场。其中，亮度适中区域的点可以表示为被测试件表面的图像中既没有过暗也没有过曝光区域的点(例如可以将拍摄得到的被测试件表面的像素灰阶值在100～180之间的点作为亮度适中区域的点)，这样使得获得的温度场能够更加准确的反应被测试件表面各点的温度。
在一种可能的实现方式中，图5示出了根据本公开一实施例的一种用于基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量的控制终端的结构框图，如图5所示，控制终端9可以包括：处理组件922、其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件922的执行的指令，例如应用程序。存储器932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件922被配置为执行指令，完成上述控制终端9的功能。
控制终端9还可以包括一个电源组件926被配置为控制终端9的电源管理，一个有线或无线网络接口950被配置为将控制终端9连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口958。控制终端9可以操作基于存储在存储器932的操作***，例如Windows ServerTM，Mac OSXTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
这样，根据本公开上述实施例的设置在密闭实验舱外的广角相机，获取被测试件表面的图像，能够很好的扩大图像采集范围，获取更多有效的实验数据；并根据畸变校正后的被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场(包括位移场和应变场)，根据被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到被测试件表面的温度场，可以有效消除广角镜头带来的图像畸变给数据的处理分析带来的干扰，大大降低畸变误差，进而得到更加精准的变形场和温度场信息。
图6示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量方法的流程图。如图6所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S10、通过照明光源照射密闭实验舱内的被测试件表面；
步骤S20、通过广角相机获取所述被测试件表面的图像；
步骤S30、通过加热装置对所述被测试件进行加热；
步骤S40、通过温度测量装置测量所述被测试件表面的单点温度；
步骤S50、根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场(包括位移场和应变场)；根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
在一种可能的实现方式中，在步骤S50中，可以包括步骤S51、通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型；其中，该畸变校正模型可以包括：几何坐标位置畸变校正子模型和灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，在步骤S50中，还可以包括步骤S52、通过中值滤波对所述被测试件表面的图像进行去噪处理；根据所述畸变校正模型对去噪处理后的图像进行校正，得到畸变校正后的被测试件表面的图像。
在一种可能的实现方式中，在步骤S51中，可以包括以下步骤：
步骤S511、在标定模板的真实图像中提取第一特征点坐标，在广角相机采集的畸变图像中提取与所述第一特征点坐标对应的第二特征点坐标；
步骤S512、根据所述第一特征点坐标和第二特征点坐标，利用多项式拟合得到畸变图像坐标与真实图像坐标之间的转换参数，根据所述转换参数得到所述几何坐标位置畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，在步骤S51中，还可以包括以下步骤：
步骤S513、根据标定模板的真实图像中，与广角相机采集的畸变图像中目标像素点相邻的四个像素点的灰度值，利用双线性插值得到所述灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，所述广角相机为集成广角镜头的电荷耦合元件相机，所述广角镜头加装有蓝色滤波片。
举例来说，图7示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量方法的流程图，如图7所示，该方法可以包括：在耐高温观察窗口架设图像采集装置(广角相机)、温度测量装置和照明光源，并调整上述测量装置于合适位置，将被测试件置于夹持装置上，完成试件固定；打开照明光源，对广角CCD相机进行标定，获得采集图像(畸变图像)与真实图像(标定板图像)的转换参数，确定畸变校正模型，并对单点测温装置的测温点进行标记；保持光源打开，开启加热装置，并同步开启温度测量装置和广角相机，对被测试件进行测试并记录单点温度数据和实时图像信息，将该图像数据作为“源图像”(即被测试件表面的图像)进行存储；实验结束后，关闭加热装置，并关闭照明光源、温度测量装置和广角相机，同时对“源图像”进行滤波处理和畸变校正，例如，可以通过中值滤波对源图像进行去噪处理，再通过已标定获得的基本参数和基本模型(畸变校正模型)，先后对几何坐标位置畸变和灰度值畸变进行校正，获取“调整图像”(即畸变校正后的被测试件表面的图像)；根据“调整图像”在不同时刻的表面图像计算表面变形场(包括位移场和应变场)；根据“调整图像”中单点测温数据，由比色法计算被测试件表面的温度场。
图8示出根据本公开一实施例的一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量装置的结构图。如图8所示，该装置可以包括：光照模块41，用于通过所述照明光源照射密闭实验舱内的被测试件表面；图像采集模块42，用于通过广角相机的获取所述被测试件表面的图像；加热模块43，用于通过加热装置对所述被测试件进行加热；单点温度测量模块44，用于通过温度测量装置测量所述被测试件表面的单点温度；控制模块45，用于根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场；根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
在一种可能的实现方式中，该控制模块45可以包括：标定子模块，用于通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型；该畸变校正模型可以包括：几何坐标位置畸变校正子模型和灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，该控制模块45还可以包括：畸变校正子模块，用于通过中值滤波对所述被测试件表面的图像进行去噪处理；根据所述畸变校正模型对去噪处理后的图像进行校正，得到畸变校正后的被测试件表面的图像。
在一种可能的实现方式中，标定子模块可以包括：几何坐标位置畸变校正子模型单元，用于在标定模板的真实图像中提取第一特征点坐标，在广角相机采集的畸变图像中提取与所述第一特征点坐标对应的第二特征点坐标；根据所述第一特征点坐标和第二特征点坐标，利用多项式拟合得到畸变图像坐标与真实图像坐标之间的转换参数，根据所述转换参数得到所述几何坐标位置畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，标定子模块还可以包括：灰度值畸变校正子模型单元，用于根据标定模板的真实图像中，与广角相机采集的畸变图像中目标像素点相邻的四个像素点的灰度值，利用双线性插值得到所述灰度值畸变校正子模型。
在一种可能的实现方式中，所述广角相机为集成广角镜头的电荷耦合元件相机，所述广角镜头加装有蓝色滤波片。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器932，上述计算机程序指令可由控制终端9的处理组件922执行以完成上述方法。
本公开可以是***、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量***，其特征在于，包括：
开设有耐高温观察窗口的密闭实验舱，所述密闭实验舱内固定有被测试件；
设置在所述密闭实验舱外的照明光源，用于照射所述被测试件表面；
设置在所述密闭实验舱外的广角相机，用于获取所述被测试件表面的图像；
设置在所述密闭实验舱内的加热装置，用于对所述被测试件进行加热；
设置在所述密闭实验舱外的温度测量装置，用于测量所述被测试件表面的单点温度；
控制终端，用于根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场，根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制终端还用于：通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型；
所述畸变校正模型包括：几何坐标位置畸变校正子模型和灰度值畸变校正子模型。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述控制终端还用于：
通过中值滤波对所述被测试件表面的图像进行去噪处理；
根据所述畸变校正模型对去噪处理后的图像进行校正，得到畸变校正后的被测试件表面的图像。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型，包括：
在标定模板的真实图像中提取第一特征点坐标，在广角相机采集的畸变图像中提取与所述第一特征点坐标对应的第二特征点坐标；
根据所述第一特征点坐标和第二特征点坐标，利用多项式拟合得到畸变图像坐标与真实图像坐标之间的转换参数，根据所述转换参数得到所述几何坐标位置畸变校正子模型。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述通过标定模板对所述广角相机进行标定，得到广角相机采集的畸变图像与真实图像之间的转换参数，根据所述转换参数确定畸变校正模型，还包括：
根据标定模板的真实图像中，与广角相机采集的畸变图像中目标像素点相邻的四个像素点的灰度值，利用双线性插值得到所述灰度值畸变校正子模型。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制终端还用于：
控制所述照明光源，通过所述耐高温观察窗口对所述被测试件的表面提供光照；
控制所述广角相机，通过所述耐高温观察窗口采集所述被测试件表面的图像；
控制所述加热装置对所述被测试件加热；
控制所述温度测量装置，通过所述耐高温观察窗口测量所述被测试件表面的单点温度。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述广角相机为集成广角镜头的电荷耦合元件相机，所述广角镜头加装有蓝色滤波片。
8.一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量方法，其特征在于，包括：
通过照明光源照射密闭实验舱内的被测试件表面；
通过广角相机获取所述被测试件表面的图像；
通过加热装置对所述被测试件进行加热；
通过温度测量装置测量所述被测试件表面的单点温度；
根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场；根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
9.一种基于广角镜头和图像畸变校正的温度变形测量装置，其特征在于，包括：
光照模块，用于通过所述照明光源照射密闭实验舱内的被测试件表面；
图像采集模块，用于通过广角相机的获取所述被测试件表面的图像；
加热模块，用于通过加热装置对所述被测试件进行加热；
单点温度测量模块，用于通过温度测量装置测量所述被测试件表面的单点温度；
控制模块，用于根据畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的变形场；根据所述被测试件表面的单点温度及畸变校正后的所述被测试件表面的图像得到所述被测试件表面的温度场。
10.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求8中所述的方法。
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