一種修正數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)像差的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于實驗固體力學動態(tài)測試技術(shù)和高速攝影圖像技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速攝像技術(shù)與光測力學相結(jié)合是研究材料與結(jié)構(gòu)動態(tài)力學性能和動態(tài)斷裂行 為的重要手段，在實驗動態(tài)斷裂力學、材料的動態(tài)力學性能測量等方面已經(jīng)起到了重要的 應(yīng)用。盡管對陣列式高速攝像系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用等方面進行了大量的研究，但是設(shè)計原理 復(fù)雜、操作不便，更重要的是缺乏光路系統(tǒng)參數(shù)對像差問題的影響研究，該些缺點很大程度 上阻礙了該項技術(shù)在力學動態(tài)測試方面的發(fā)展及其在工程應(yīng)用的拓展。亟待針對數(shù)字式陣 列高速攝像系統(tǒng)固有的像差問題提出一種像差修正的方法，使動態(tài)力學實驗測試結(jié)果更為 精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種修正數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)像差的方法，通過不同位 置CCD相機采集的圖像進行像差的修正，使其能對材料動態(tài)力學行為和性能進行精確測 量。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種修正數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)像差的方法，該方法采用數(shù)字式陣列高速攝像 系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括3*3陣列L邸光源單元、第一成像透鏡、第二成像透鏡、時序同步延遲控制 單元、3*3陣列CCD相機單元、交換機、計算機W及沖擊加載單元；由3*3陣列L邸點光源單 元發(fā)出的光經(jīng)第一成像透鏡折射變?yōu)槠叫泄?，穿過試件后再經(jīng)過第二成像透鏡匯聚，最終 由3*3陣列CCD相機單元接收成像，通過交換機將采集的圖像傳輸至計算機；3*3陣列LED 光源單元處于常亮的工作狀態(tài)，通過電路控制使試件動態(tài)力學行為的發(fā)生和3*3陣列CCD 相機單元圖像采集同步；其特征在于該方法包括如下步驟：
[000引1)將含有十字形標記線的標定板置于物面上，調(diào)整3*3陣列CCD相機的位置，使每 臺CCD相機實時圖像上顯示的十字形中屯、線與標定板上十字形標記線重合；
[0007] 2)由時序同步延遲控制單元發(fā)出的脈沖信號觸發(fā)3*3陣列CCD相機單元，使3*3 陣列CCD相機周期性觸發(fā)，實現(xiàn)9m幅試件動態(tài)圖像的采集，其中m= 1，2,…；
[0008] 3)將3*3陣列CCD相機采集的試件動態(tài)圖像通過交換機輸入到計算機中，并對不 同位置CCD相機采集的圖像進行編號，W位于第2行、第2列的CCD相機采集的圖像作為基 準圖像，編號為0,位于第1行的S臺CCD相機采集的圖像編號分別為5、3和6,位于第2行 的=臺CCD相機采集的圖像編號分別為1、0和2,位于第3行的=臺CCD相機采集的圖像編 號分別為7、4和8,讀取各圖像像素信息；
[0009] 4)由像素信息利用下列公式反推試件各點相對物面原點的坐標：
[0010] 假設(shè)為第i幅圖像上一點相對像面原點的像素坐標，像面原點與物面原點 相對應(yīng)，像面上單位像素點所對應(yīng)的物面上的長度為k，考慮幾何參數(shù)導(dǎo)致的像差影響，物 面上相應(yīng)的點相對于物面原點的橫坐標Xi和縱坐標yi分別為：
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種修正數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)像差的方法，該方法采用數(shù)字式陣列高速攝像系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括3*3陣列LED光源單元（100)、第一成像透鏡（301)、第二成像透鏡（302)、時 序同步延遲控制單元（400)、3*3陣列CCD相機單元（500)、交換機（600)、計算機（700)以 及沖擊加載單元（800);由3*3陣列LED點光源單元（100)發(fā)出的光經(jīng)第一成像透鏡（301) 折射變?yōu)槠叫泄?，穿過試件后再經(jīng)過第二成像透鏡（302)匯聚，最終由3*3陣列CCD相機單 元（500)接收成像，通過交換機（600)將采集的圖像傳輸至計算機（700) ;3*3陣列LED光 源單元（100)處于常亮的工作狀態(tài)，通過電路控制使試件（200)動態(tài)力學行為的發(fā)生和3*3 陣列CCD相機單元（500)圖像采集同步；其特征在于該方法包括如下步驟： 1) 將含有十字形標記線的標定板置于物面上，調(diào)整3*3陣列CCD相機的位置，使每臺 CCD相機實時圖像上顯示的十字形中心線與標定板上十字形標記線重合； 2) 由時序同步延遲控制單元發(fā)出的脈沖信號觸發(fā)3*3陣列CCD相機單元，使3*3陣列 C⑶相機周期性觸發(fā)，實現(xiàn)9m幅試件動態(tài)圖像的采集，其中m = 1，2，…； 3) 將3*3陣列CCD相機采集的試件動態(tài)圖像通過交換機輸入到計算機中，并對不同位 置CCD相機采集的圖像進行編號，以位于第2行、第2列的CCD相機采集的圖像作為基準圖 像，編號為〇,位于第1行的三臺C⑶相機采集的圖像編號分別為5、3和6,位于第2行的三 臺CCD相機采集的圖像編號分別為1、0和2,位于第3行的三臺CCD相機采集的圖像編號分 別為7、4和8,讀取各圖像像素彳目息； 4) 由像素信息利用下列公式反推試件各點相對物面原點的坐標： 假設(shè)（MiAi)為第i幅圖像上一點相對像面原點的像素坐標，像面原點與物面原點相對 應(yīng)，像面上單位像素點所對應(yīng)的物面上的長度為k，考慮幾何參數(shù)導(dǎo)致的像差影響，物面上 相應(yīng)的點相對于物面原點的橫坐標Xi和縱坐標y i分別為：
其中，d是LED相鄰點光源間距，是第一成像透鏡的焦距，a i、I是像差修正系數(shù)， 其表達式如下：
【專利摘要】一種修正數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)像差的方法，屬于實驗固體力學動態(tài)測試技術(shù)和高速攝影圖像技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用LED作為光源，CCD相機作為圖像記錄裝置，數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)包括3*3陣列LED光源單元、3*3陣列CCD相機單元、高精度時序同步延遲控制單元、光學成像單元以及沖擊加載單元等?；趲缀喂鈱W成像原理，分析了數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)幾何參數(shù)對像差的影響規(guī)律，對不同位置CCD相機采集的圖像先進行像差的修正，再用于光測力學動態(tài)測試分析。本發(fā)明針對數(shù)字式陣列高速攝像系統(tǒng)固有的像差問題，提出一種像差修正的方法，使實驗結(jié)果更為精確。
【IPC分類】H04N5-232, G03B39-00
【公開號】CN104754226
【申請?zhí)枴緾N201510137118
【發(fā)明人】姚學鋒, 劉偉, 馬寅佶, 王申
【申請人】清華大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月26日