CN112525096A - 一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计，包括双远心镜头、视频相机和上位计算机，采用双远心镜头双远心镜头正对待测试件拍摄，利用视频相机采集待测试件视频图像，传输到上位计算机进行数据处理；在双远心镜头前方的上下或左右对称放置第一组两块平面反射镜，将双远心镜头视场分为两部分，使双远心镜头视场方向垂直于光轴方向，并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，将第一组两块平面反射镜分割的两个视场光线反射后对准待测试件。本发明利用4块平面反射镜对双远心镜头的视场进行分割，有效扩大了双远心镜头所能测量试件的标距长度，从而提高了双远心镜头视频引伸计测量精度，并使该方法能够用于更广泛的测量对象。

Description

一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计
技术领域
本发明公开了一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计。该视频引伸计通过视场分割的方法增大了双远心镜头所能观测试件的标距长度，从而扩大了基于双远心镜头的视频引伸计应用范围并提升了该方法的测量精度，属于光电检测领域。
背景技术
材料的力学性能试验是材料被应用之前的基本测试，也是材料科学技术发展的基本条件，而应变是分析材料力学性能的一项重要的参数。引伸计作为一种微量线变形测量***，已经被广泛应用于不同领域的科研和测试之中。现有的引伸计大致可分为两种，一种是接触式引伸计，另一种是非接触的视频引伸计。
接触式引伸计分为机械式引伸计和电子引伸计，两者都需要将装置固定到待测试件上进行应变采集，不同的是前者通过杠杆、齿轮等将变形放大显示，如采用千分表等，后者通过处理器处理传感器传来的由变形转变来的电信号得到应变示数。其优点是结构简单，价格低廉，便于组装等，缺点是容易滑脱，试样断裂前需要摘除引伸计，无法消除偏心拉伸的弯曲影响，无法应用于大应变试样试验，不能直接测量试样后屈服阶段、颈缩阶段以及断裂阶段的弹塑性应力、应变行为，对试件的刚度要求高等。
近年来，为克服接触式引伸计的缺陷，视频引伸计发展迅速，其原理主要是通过图像处理技术追踪特定的点在变形前后的位置来计算变形量。视频引伸计一般由照明光源、数字CCD相机、镜头、图像采集卡以及包括视频图像跟踪程序的计算机等组成。对比接触式引伸计，视频引伸计不用和试件接触，因此可以避免对试件的损伤，此外，对于一些微小试件，接触式引伸计根本就无法夹持，这时视频引伸计就成了唯一的选择。相对接触式引伸计，视频引伸计操作起来也更加方便。
然而，现有的视频引伸计通常使用的是普通的光学镜头，而普通的光学镜头成像是一个中心投影的过程，因此，当被测物体沿相机光轴的方向发生位移时，就会引起成像面内的该物体所成像的虚假位移，从而导致视频引伸计的测量误差。双远心镜头具有平行投影的成像特性，因此，被测物体即使发生沿相机光轴方向的移动，也不会引起成像面内物体所成像的位移，进而能够有效的消除由于使用普通镜头所带来的测量误差。然而，受限于成像原理和制造工艺的难度，双远心镜头的成像视场通常在50mm内，更大视场的双远心镜头造价昂贵且体积较大不便使用。如图1所示，所述待测试件上预先设置两个观测标记点，两个标记点之间的长度为标距长度；在对待测试件进行拉伸变形前，标距长度为D；在对待测试件进行拉伸后，标距长度变为D'，由此计算出对待测试件的应变ε＝[(D'-D)/D]*100％。现有技术的双远心镜头的成像视场有限，由于视场的限制，基于双远心镜头的视频引伸计所能测量试件的标距长度也受到限制，从而限制了该方法的使用范围和所能达到的测量精度。这成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术的双远心镜头视频引伸计由于其视场受限进而导致精度受限问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计，利用4块平面反射镜对双远心镜头的视场进行分割，有效的扩大了双远心镜头所能测量试件的标距长度，从而提高了双远心镜头视频引伸计的测量精度，并使该方法能够用于更广泛的测量对象。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计，包括双远心镜头、视频相机和上位计算机，采用双远心镜头双远心镜头正对待测试件进行拍摄，利用视频相机采集待测试件的视频图像，将视频图像信号传输到上位计算机进行数据分析处理，输出待测试件的力学性能测试结果，在双远心镜头前方的上下或左右对称放置第一组两块平面反射镜，将双远心镜头的视场分为两部分，使双远心镜头的视场方向垂直于光轴方向，并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，将第一组两块平面反射镜分割的两个视场光线反射后对准待测试件。
优选地，在双远心镜头前方的设置的第一组两块反射镜互呈直角，两镜面在直角棱边相接，直角平分线与双远心镜头的光轴共线，使两块反射镜都与双远心镜头的光轴形成45°夹角；第一组两块反射镜将双远心镜头的视场一分为二，双远心镜头的视场方向垂直于光轴分别指向光轴两侧。
优选地，垂直于双远心镜头的光轴对称放置的第二组两块平面反射镜，与第一组两块平面反射镜在同一垂直于光轴的直线上，与光轴皆呈45°夹角，使第一组两块平面反射镜所分割的两个视场的光线被反射后沿光轴方向，正对待测试件。
优选地，通视频相机采集双远心镜头拍摄的图像，将图像实时传送到上位计算机，由上位计算机的图像分析软件实现对待测试件上的标距点进行识别和跟踪，完成对待测试件的应变测量；如图1所示，所述待测试件上预先设置两个观测标记点，两个标记点之间的长度为标距长度；在对待测试件进行拉伸变形前，标距长度为D；在对待测试件进行拉伸后，标距长度变为D'，由此计算出对待测试件的应变ε＝[(D'-D)/D]*100％。
优选地，在视场分割之后，原先对准待测试件中间部分的视场区域，被分割为上下两块或者左右两块，分别对准了待测试件的上下两个部分或者左右两个部分，使可观测的标距长度也由D变为D1，D1大于D。在相同的图像识别精度情况下，标距长度越大所能测量到的应变就越小，精度也就越高。通过视场分割的方法，可以将所能测量的标距长度扩大，从而提高测量精度。如图2所示，视场分割之后，原先对准试件中间部分的视场区域，被分割为上下两块，分别对准了试件的上下两个部分，其可观测的标距长度也由D变为D1，由于D1大于D，因此应变测量精度得到提高。
优选地，所述视频相机采用CCD或者CMOS相机。
优选地，在双远心镜头前方上下对称放置第一组两块平面反射镜，分别是皆与水平线呈45°夹角的第一反射镜和第二反射镜，将双远心镜头的视场分为两部分；并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，分别是皆与水平线呈45°夹角的第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜和第四反射镜与第一反射镜和第二反射镜竖直对齐设置，通过这4块反射镜的设置，使双远心镜头的视场被分割成了相互分离的上、下两部分。
优选地，在两个被分割的视场内，给待测试件上分别标记两个标记点，这两个标记点的图像被4块反射镜和双远心镜头组成的平行投射***进行成像，并最终成像于视频相机的靶面，视频相机将采集的图像实时传送到上位计算机处理。
优选地，上位计算机根据采集的图像，通过数字图像相关法，对标记点进行跟踪；初始图像中的计算出的标距长度记为D1，后续图像中的计算出的标距长度记为D1'，从而得到待测试件拉伸过程中的实时应变ε'＝[(D1'-D1)/D1]*100％。
优选地，可观测的试件标距长度比双远心镜头成像视场宽度大至少3倍。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.相比于传统视频引伸计，本发明基于视场分割的双远心镜头视频引伸计采用四块平面反射镜对双远心镜头的观测视场进行分割，在保留双远心镜头平行投影成像的优势的同时扩大了双远心镜头所能测量的试件标距，从而有效提升了基于双远心镜头视频引伸计的使用范围及其测量精度；
2.本发明在相同的图像识别精度情况下，标距长度越大所能测量到的应变就越小，精度也就越高；本发明能通过视场分割的方法，可以将所能测量的标距长度扩大，从而提高测量精度；
3.本发明基于视场分割的双远心镜头视频引伸计不但可以消除普通光学镜头在被测物体沿着相机光轴方向的移动带来的误差，还能通过视场分割的方法克服由于双远心镜头视场有限导致的测量试件标距受限问题，增大了可测量的标距长度，从而提高了测量精度。
附图说明
图1是视场分割之前试件的应变观测或者现有技术的试件的应变观测示意图。
图2是本发明装置进行视场分割之后试件的应变观测示意图。
图3是本发明基于视场分割的双远心镜头视频引伸计的结构和应变观测原理示意图。
图4是本发明实施例三的应变观测示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图2和图3，一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计，包括双远心镜头7、视频相机8和上位计算机9，采用双远心镜头双远心镜头7正对待测试件5进行拍摄，利用视频相机8采集待测试件5的视频图像，将视频图像信号传输到上位计算机9进行数据分析处理，输出待测试件5的力学性能测试结果；在双远心镜头7前方的上下或左右对称放置第一组两块平面反射镜，将双远心镜头7的视场分为两部分，使双远心镜头7的视场方向垂直于光轴方向，并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，将第一组两块平面反射镜分割的两个视场光线反射后对准待测试件5。
本实施例基于视场分割的双远心镜头视频引伸计采用4块平面反射镜对双远心镜头7的观测视场进行分割，在保留双远心镜头7平行投影成像的优势的同时扩大了双远心镜头7所能测量的试件标距，从而有效提升了基于双远心镜头视频引伸计的使用范围及其测量精度。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图2和图3，在双远心镜头7前方的设置的第一组两块反射镜互呈直角，两镜面在直角棱边相接，直角平分线与双远心镜头7的光轴共线，使两块反射镜都与双远心镜头7的光轴形成45°夹角；第一组两块反射镜将双远心镜头7的视场一分为二，双远心镜头7的视场方向垂直于光轴分别指向光轴两侧。
在本实施例中，垂直于双远心镜头7的光轴对称放置的第二组两块平面反射镜，与第一组两块平面反射镜在同一垂直于光轴的直线上，与光轴皆呈45°夹角，使第一组两块平面反射镜所分割的两个视场的光线被反射后沿光轴方向，正对待测试件5。
在本实施例中，如图2所示，视在视场分割之后，原先对准待测试件5中间部分的视场区域，被分割为上下两块或者左右两块，分别对准了待测试件5的上下两个部分或者左右两个部分，其可观测的标距长度也由D变为D1，由于D1大于D，因此应变测量精度得到提高。
在本实施例中，所述视频相机8采用CCD或者CMOS相机。
本实施例引伸计不但可以消除普通光学镜头在被测物体沿着相机光轴方向的移动带来的误差，还可以通过视场分割的方法克服由于双远心镜头视场有限导致的测量试件标距受限问题，增大了可测量的标距长度，从而提高了测量精度。
实施例但：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图2-4，在双远心镜头7前方上下对称放置第一组两块平面反射镜，分别是皆与水平线呈45°夹角的第一反射镜1和第二反射镜2，将双远心镜头7的视场分为两部分；并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，分别是皆与水平线呈45°夹角的第三反射镜3和第四反射镜4，所述第三反射镜3和第四反射镜4与第一反射镜1和第二反射镜2竖直对齐设置，通过这4块反射镜的设置，使双远心镜头7的视场被分割成了相互分离的上、下两部分。
在本实施例中，参见图2-4，在两个被分割的视场内，给待测试件5上分别标记两个标记点6，这两个标记点6的图像被4块反射镜和双远心镜头7组成的平行投射***进行成像，并最终成像于CCD或CMOS相机的靶面，将采集的图像实时传送到上位计算机9处理。
在本实施例中，参见图2-4，上位计算机9根据采集的图像，通过数字图像相关法，对标记点6进行跟踪；初始图像中的计算出的标距长度记为D1，后续图像中的计算出的标距长度记为D1'，从而得到待测试件5拉伸过程中的实时应变ε'＝[(D1'-D1)/D1]*100％。
本实施例选用物方视场为40*30mm，工作距离为142mm的双远心镜头7，采用大恒光电GCO-232103。如图4所示，未分割视场的情况下，图中虚线所示，可观测的最大标距为40mm，分割之后可观测的最大标距达到240mm。比之于原始的视场，采用视场分割方法后，可观测的待测试件标距长度增加了6倍，能够测量的最小应变为原先的1/6，因此提高了应变测量精度。本实施例可观测的试件标距长度比双远心镜头7成像视场宽度大至少6倍。本实施例在相同的图像识别精度情况下，标距长度越大所能测量到的应变就越小，精度也就越高。通过视场分割的方法，可以将所能测量的标距长度扩大，从而提高测量精度。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计，包括双远心镜头(7)、视频相机(8)和上位计算机(9)，采用双远心镜头双远心镜头(7)正对待测试件(5)进行拍摄，利用视频相机(8)采集待测试件(5)的视频图像，将视频图像信号传输到上位计算机(9)进行数据分析处理，输出待测试件(5)的力学性能测试结果，其特征在于：在双远心镜头(7)前方上下或左右对称放置第一组两块平面反射镜，将双远心镜头(7)的视场分为两部分，使双远心镜头(7)的视场方向垂直于光轴方向，并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，将第一组两块平面反射镜分割的两个视场光线反射后对准待测试件(5)。
2.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：在双远心镜头(7)前方的设置的第一组两块反射镜互呈直角，两镜面在直角棱边相接，直角平分线与双远心镜头(7)的光轴共线，使两块反射镜都与双远心镜头(7)的光轴形成45°夹角；第一组两块反射镜将双远心镜头(7)的视场一分为二，双远心镜头(7)的视场方向垂直于光轴分别指向光轴两侧。
3.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：垂直于双远心镜头(7)的光轴对称放置的第二组两块平面反射镜，与第一组两块平面反射镜在同一垂直于光轴的直线上，与光轴皆呈45°夹角，使第一组两块平面反射镜所分割的两个视场的光线被反射后沿光轴方向，正对待测试件(5)。
4.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：通视频相机(8)采集双远心镜头(7)拍摄的图像，将图像实时传送到上位计算机(9)，由上位计算机(9)的图像分析软件实现对待测试件(5)上的标距点进行识别和跟踪，完成对待测试件(5)的应变测量。
5.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：在视场分割之后，原先对准待测试件(5)中间部分的视场区域，被分割为上下两块或者左右两块，分别对准了待测试件(5)的上下两个部分或者左右两个部分，使可观测的标距长度也由D变为D1，D1大于D。
6.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：所述视频相机(8)采用CCD或者CMOS相机。
7.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：在双远心镜头(7)前方上下对称放置第一组两块平面反射镜，分别是皆与水平线呈45°夹角的第一反射镜(1)和第二反射镜(2)，将双远心镜头(7)的视场分为两部分；并在在垂直光轴两侧对称放置第二组两块平面反射镜，分别是皆与水平线呈45°夹角的第三反射镜(3)和第四反射镜(4)，所述第三反射镜(3)和第四反射镜(4)与第一反射镜(1)和第二反射镜(2)竖直对齐设置，通过这4块反射镜的设置，使双远心镜头(7)的视场被分割成了相互分离的上、下两部分。
8.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：在两个被分割的视场内，给待测试件(5)上分别标记两个标记点(6)，这两个标记点(6)的图像被4块反射镜和双远心镜头(7)组成的平行投射***进行成像，并最终成像于视频相机(8)的靶面，视频相机(8)将采集的图像实时传送到上位计算机(9)处理。
9.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：上位计算机(9)根据采集的图像，通过数字图像相关法，对标记点(6)进行跟踪；初始图像中的计算出的标距长度记为D1，后续图像中的计算出的标距长度记为D′1，从而得到待测试件(5)拉伸过程中的实时应变ε'＝[(D′1-D1)/D1]*100％。
10.根据权利要求1所述基于视场分割的双远心镜头视频引伸计,其特征在于：可观测的试件标距长度比双远心镜头(7)成像视场宽度大至少3倍。
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