为了提升DIC应变测量系统的精确度,接下来向大家具体介绍新拓三维XTDIC光学应变测量设备的标定方法。
相机标定目的
进行DIC应变测量系统相机标定目的有两个:1、建立相机成像模型;2、矫正相机畸变。
相机标定含义
在数字图像相关过程中,为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系,必须建立相机成像的几何模型,这些几何模型参数就是相机参数。
在大多数条件下这些参数要通过实验与计算获得,这个求解参数的过程就称之为相机标定。标定结果的精度及算法的稳定性,直接影响相机工作产生结果的准确性。
相机的畸变
行车记录仪角相机会产生畸变,下面这张图就是图像发生了畸变。
我们需要先了解什么是畸变:光学透镜透视失真
理想成像中,物象完全相似,没有局部变形;在实际应用中,由于镜头的光学结构、成像特性、加工误差等,产生一定的畸变。短焦距镜头一般表现为桶形畸变,长焦距镜头一般表现为枕形畸变。
成像模型
理想的相机成像模型为几何光学中的小孔成像模型,镜头的光学中心为S,物方点P经过投影中心S投影到像平面上的像为P,O为主点,SO之间距离为焦距f。
在实际成像过程中,主点的像平面坐标不严格为0,存在一个微小值。同时由于镜头畸变等原因,理论像点和实际像点之间也存在一定的偏差。
畸变模型
畸变分为3类:径向畸变、切向畸变及像平面内畸变。
径向畸变:由于透镜自身的加工误差,使得实际像点与理论像点之间产生一个沿径向或正或负的偏移量。该畸变的特点是沿镜头中心严格对称,并且像点畸变的大小与它镜头中心的距离有关。一般分为桶形畸变和枕形畸变。
切向畸变:矢量端点沿切线方向发生的变化,也就是角度的变化dt。由于相机制造上的缺陷,安装过程中,透镜本身与相机传感器平面(成像平面)不平行而产生的。
像平面内畸变:像平面不平引起的畸变和像平面内的平面畸变。
将主点坐标、焦距、径向畸变、切向畸变、像平面内畸变整体进行解算,共有10个参数,即为10参数畸变模型。(该10个参数即为相机的内参数)
注:双目相机标定为内参数、外参数同时标定,外参数部分本文不做详细说明。
XTDIC三维全场应变测量系统相机标定方法
将标识板上两对标识点的准确距离设为比例尺,用DIC设备两个摄像机通过不同方位拍摄标识板获得图像数据,识别标识点的三维坐标,采用一定算法计算得到相机的内外参数。
选择标定工具
标定工具包括标定板和十字架。一般标定工具上标有编码点和非编码点,标定板上带有两个标尺信息;棋盘格标定时需导入角点的全局点,标尺即标定板上两斜对角标志点之间的距离。标定板的大小选择根据测量幅面而定,当被测物体幅面大于 400mm*300mm 时,一般采用十字型标定尺进行标定。
DIC光学应变测量前用于标定的标定工具
初始化测量头
在实验之前首先要进行测量头初始化:这是将 XTDIC光学应变测量头调试到一个非常高精度的测量效果的过程。首先根据被测物的大小来选择测量幅面,根据相机规格以及测量幅面来确定测量距离和相机间距。
XTDIC三维全场应变测量系统测量头调节主要是调节以下几个方面:
1、调节测量距离
以 200mm×150mm 幅面为例,假设相机和镜头分别为(分辨率2448×2048)相机和 35mm 镜头的测量测量参数,以相机夹角 25°为例,根据相似三角形和正余弦定理算得测量距离是887mm,相机间距是393mm。
注:相机夹角通常为 20~35°
L 为标定板高度,I 为相机芯片的高度,d 为镜头焦距,由相似三角形公式:
D(斜边)=Ld/I;b 为镜头到横梁的距离,以相机夹角 25°为例,测量距离为:N=(D+b)cos(θ/2);相机间距为:M=2(D+b)sin(θ/2)
2、调整相机焦距
①将相机光圈调节到最大(即镜头上光圈数值最小),光圈最大时,相机焦距最敏感;
②关掉光源,转动镜头,观察软件中标定版显示最清晰时焦距调节完成。
建议:调节焦距时将图像进行放大,只查看某个特征,将此特征调整至最清晰,则整体图像都会达到清晰状态。
3、调节光圈值
①将一张白纸放置在标定版前,打开光源,打开软件中的伪彩色功能,将软件中相机增益调到最小;
②转动光圈,观察左右相机显示,当左右相机中的色彩都主要集中绿色和黄色,即将向红色过度时,相机光圈调整合适。
DIC软件中相机标定
在XTDIC三维全场应变测量系统软件中相机标定有两种方法,一种为常规标定,另一种为导入图像标定。常规标定为正常情况下,在使用DIC设备之前,对设备进行八步标定,导入标定是导入之前标定所使用的图像,对相机进行标定。
常规标定
新建工程之后,相机参数设置完毕,点击 控制 → 打开相机,使相机处于打开状态,点击菜单工具 → 相机标定,或者点击工具栏图标 ,弹出相机标定对话框,对相机进行标定。
相机标定对话框
DIC软件中参数设置
计算:主要对相机标定类型进行修改,标定类型有:内参数、外参数以及内外同时。
相机标定过程中还可以使用全局点进行标定,在使用全局点标定之前需要对全局点做摄影测量,然后将全局点信息导入工程内再进行标定。
XTDIC系统相机标定参数设置
参数设置好以后单击 采集 按钮,会在右侧采集到一组图片,自动显示左右图像的标志点检测结果,此时鼠标放在图像上,滚动鼠标滑轮可以对图像进行放大缩小进行查看,要求所有编码点被识别显示。
导入图像标定
导入图像标定方法,要求DIC光学应变测量系统拍摄图像时到当前系统的相机位置和测量位置不发生变化。在 Image 区域单击鼠标右键,选择导入,选择相应的文件夹或者标定文件导入。
导入相机标定图片
XTDIC系统标定相机精度控制
1、优质的铝材与聚合物夹层的编码校正板,经过行业高标准认证。
2、多重校正方法,适用于各种试验场景。
3、在标定结果栏会显示标示结果,一般偏差 SIGMA 值在 0.01-0.05 之间,标定数据可及时核查。
4、DIC软件可对校正结果进行评估,保证实验结果的准确性
新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统软件具有多介质校正功能,可消除通过不同介质之后对结果的影响,比如玻璃、水、空气样本,可实现热浪对畸变影响的控制,振动影响的消除,滤光等。
另外,XTDIC-STROBE三维动态测量系统支持与超高速摄像机搭配使用,完全适用于高速瞬态图像捕捉与位移、速度、加速度、瞬态变形、振动模态分析。
XTDIC三维全场应变测量系统支持IR红外相机的标定,实现应变场与温度场的耦合。
XTDIC三维全场应变测量系统支持内、外参数分离的标定方式,解决大视野下的标定难题。
XTDIC-Micro三维显微应变测量系统具有显微标定模块,可在搭配光学显微镜使用下消除光学畸变实现三维测量,得出正确的微小尺寸材料测试结果数据。