平面物体二维变形量的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字摄影测量领域，特别是涉及一种平面物体二维变形量的测量方 法，尤其适用于塑料薄膜拉伸变形的测量。
【背景技术】
[0002] 塑料薄膜拉伸变形的测量是一项基本的力学性能测量指标，目前技术中，对塑料 薄膜拉伸变形的测量主要是接触式测量，接触力会对测量结果产生影响，这种方式难以对 每个测量点进行准确的形变测量。另外，也出现了采用非接触式光学应变测量方法进行测 量的技术，通过数字相机采集拉伸形变前后的图像，然后测量两个图像区域的应变来获得 拉伸形变。一般是通过设置标志点后，对标志点的位移进行测量，通过标志点的平均线应变 来测量塑料薄膜的拉伸形变。但是，目前的非接触式光学应变测量方法，一般要求数字相机 必须正对着待测量的塑料薄膜，为了达到这个条件，测量过程中需要较多的调节过程，操作 比较繁琐，而且还容易由于数字相机位置的误差带来较大的测量误差。而且，由于塑料薄膜 拉伸变形后为长条状结构，目前技术进行测量采集的是塑料薄膜的正面图像，在满足采集 到塑料薄膜的宽度范围图像的前提下，只能采集到一小部分长度方向上的图像，图像采集 范围比较小，导致测量精度较低。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供平面物体二维变形量的测量方 法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 平面物体二维变形量的测量方法，包括：
[0006] Sl、在待测物体上制作多个标志点，并采用数字相机采集待测物体在拉伸变形前 的图像后，选择不少于四个标志点对数字相机进行标定，获得物理坐标与像素坐标之间的 坐标转换关系；
[0007] S2、采用数字相机采集待测物体在拉伸变形后的变形图像；
[0008] S3、提取获得任意标志点在变形图像中的像素坐标值，进而结合坐标转换关系，计 算获得拉伸变形后该标志点的物理坐标值；
[0009] S4、计算位置标志点的位移量作为待测物体在该位置的拉伸变形量。
[0010] 进一步，所述步骤Sl中，所选择的用于对数字相机进行标定的标志点满足以下条 件：任意三个标志点都不在同一直线上。
[0011] 进一步，所述步骤S1，包括：
[0012] S11、在待测物体上制作多个标志点，进而选择不少于四个标志点，并分别获得所 选择的每个标志点的物理坐标值；
[0013] S12、采用数字相机采集待测物体在拉伸变形前的图像；
[0014] S13、提取获得所选择的每个标志点在图像中的像素坐标值；
[0015] S14、根据所选择的所有标志点的物理坐标值和像素坐标值，计算获得物理坐标与 像素坐标之间的坐标转换关系。
[0016] 进一步，所述步骤Sl中所选择的标志点的数量为四个，所述步骤S14,包括：
[0017] S141、根据所选择的四个标志点的物理坐标值和像素坐标值，采用下式计算获得 转换向量h的值：
[0018]
[0019] 其中，（X，y)表示标志点的物理坐标值，（u，V)表示标志点的像素坐标值，h'表示 转换向量h的转置矩阵；
[0020] S142、根据转换向量h获得转换矩阵H的值：
[0021]
[0022] S143、根据下式获得物理坐标和像素坐标之间的坐标转换关系：
[0023]
[0024] 上式中，s为比例系数且s = h31 · x+h32 · y+1。
[0025] 进一步，所述步骤S2,其具体为：
[0026] 调整数字相机的倾斜角度，使得数字相机相对待测物体的长度方向发生倾斜，然 后采用数字相机采集待测物体在拉伸变形后的变形图像。
[0027] 进一步，所述步骤S4,其具体为：
[0028] 获取任意位置标志点在拉伸变形后的物理坐标值，以及该标志点在拉伸变形前的 物理坐标值，进而计算两者的差值作为待测物体在该位置的拉伸变形量。
[0029] 本发明的有益效果是：平面物体二维变形量的测量方法，包括：在待测物体上制 作多个标志点，并采用数字相机采集待测物体在拉伸变形前的图像后，选择不少于四个标 志点对数字相机进行标定，获得物理坐标与像素坐标之间的坐标转换关系；采用数字相机 采集待测物体在拉伸变形后的变形图像；提取获得任意标志点在变形图像中的像素坐标 值，进而结合坐标转换关系，计算获得拉伸变形后该标志点的物理坐标值；计算位置标志点 的位移量作为待测物体在该位置的拉伸变形量。本方法采用非接触测量方式，不会因为接 触力而影响测量精度，而且通过选择标志点对数字相机进行标定，保证了变形量的测量精 度，测量精度较高，另外，本方法对相机的位置、角度无特定要求，可以根据需要任意摆放， 简单易行。
[0030] 还有，通过调整数字相机的倾斜角度，可有效扩大某一方向的测量范围，实现窄长 带状物体的变形测量。
【附图说明】
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 图1是本发明的平面物体二维变形量的测量方法中待测物体拉伸变形前的示意 图；
[0033] 图2是本发明的平面物体二维变形量的测量方法中采用数字相机进行测量时的 小孔相机模型示意图；
[0034] 图3是本发明的平面物体二维变形量的测量方法中数字相机与待测物体的位置 示意图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明提供了一种平面物体二维变形量的测量方法，包括：
[0036] Sl、在待测物体上制作多个标志点，并采用数字相机采集待测物体在拉伸变形前 的图像后，选择不少于四个标志点对数字相机进行标定，获得物理坐标与像素坐标之间的 坐标转换关系；图1所示为拉伸前的待测物体，待测物体表面印刷了多个相对位置已知的 标志点，其中附图标记2为待测物体的正视图，圆形标志点等距均匀分布；附图标记1为待 测物体的透视图，表示从倾斜方向观察待测物体所得到的图像，由于透视变形，标志点变成 了椭圆形，其间距也不再相等，所以本步骤先对相机进行标定；
[0037] S2、采用数字相机采集待测物体在拉伸变形后的变形图像；
[0038] S3、提取获得任意标志点在变形图像中的像素坐标值，进而结合坐标转换关系，计 算获得拉伸变形后该标志点的物理坐标值；
[0039] S4、计算位置标志点的位移量作为待测物体在该位置的拉伸变形量。
[0040] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤Sl中，所选择的用于对数字相机进行标定 的标志点满足以下条件：任意三个标志点都不在同一直线上。
[0041] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤Sl，包括：
[0042] S11、在待测物体上制作多个标志点，进而选择不少于四个标志点，并分别获得所 选择的每个标志点的物理坐标值；
[0043] S12、采用数字相机采集待测物体在拉伸变形前的图像；
[0044] S13、提取获得所选择的每个标志点在图像中的像素坐标值；
[0045] S14、根据所选择的所有标志点的物理坐标值和像素坐标值，计算获得物理坐标与 像素坐标之间的坐标转换关系。
[0046] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤Sl中所选择的标志点的数量为四个，所述 步骤S14,包括：
[0047] S141、根据所选择的四个标志点的物理坐标值和像素坐标值，采用下式计算获得 转换向量h的值：
[0048]
[0049] 其中，（X，y)表示标志点的物理坐标值，（u，V)表示标志点的像素坐标值，h'表示 转换向量h的转置矩阵；
[0050] S142、根据转换向量h获得转换矩阵H的值：
[0051]
[0052] S143、根据下式获得物理坐标和像素坐标之间的坐标转换关系：
[0053]
[0054] 上式中，s为比例系数且s = h31 · x+h32 · y+1。
[0055] 进一步作为优选的实施方式，参照图3,所述步骤S2,其具体为：
[0056] 调整数字相机的倾斜角度，使得数字相机相对待测物体的长度方向发生倾斜，然 后采用数字相机采集待测物体在拉伸变形后的变形图像。
[0057] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S4,其具体为：
[0058] 获取任意位置标志点在拉伸变形后的物理坐标值，以及该标志点在拉伸变形前的 物理坐标值，进而计算两者的差值作为待测物体在该位置的拉伸变形量。
[0059] 本发明的测量计算原理如下：
[0060] 图1所示为拉伸前的待测物体，待测物体表面印刷了多个相对位置已知的标志 点，其中附图标记2为待测物体的正视图，圆形标志点等距均匀分布；附图标记1为待测物 体的透视图，表示从倾斜方向观察待测物体所得到的图像，由于透视变形，标志点变成了椭 圆形，其间距也不再相等，所以本步骤先对相机进行标定：
[0061] 参照图2,图2为数字相机的小孔相机模型，其中附图标记3表示待测物体所在的 空间平面，世界坐标系建立在该平面上，标志点的物理坐标为（X，y，0)，X，y已知；附图标记 4表示相机的成像平面，