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為力學實驗室儀器而生

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語言

光測力學-柵線投影/面結構光技術

2022-09-17 0

  柵線投影可能在其他領域更多的被成為面結構光,其和DIC或者線結構光技術相比,有著一些優(yōu)點:測量數(shù)據(jù)點多,由于柵線投影技術是逐像素點進行獨立求解的(相移方法),所以其可以獲得大量的獨立點云數(shù)據(jù),以2048*2448的相機為例,其可以獲得500萬級別的數(shù)據(jù)量,但是對于線結構光,一般只能獲得2048或2448的有限倍的數(shù)據(jù)量。


  但是,從另一方面而言,固體力學中主要利用lagrange描述方法的理論,而并不是這種Euler描述,雖然二者之間有著轉換理論,但是有著一定的不直觀性。而且當位移是發(fā)生在面內而不是離面時,柵線投影的測量不敏感(所以DIC和柵線投影的結合也是一個發(fā)展趨勢)。


  下面就講一下柵線投影的相關理論。


  基本原理


  柵線投影法實質也是一種三角測量方式,通過投影儀和相機光軸呈一定角度來構建搭建三角關系。其反映在具體圖像中,可以認為原本均勻分布的柵線,因為三角關系的存在,被物體表面的高度信息調制為特殊的柵線模式(發(fā)生了一定的彎曲變形),如圖所示。示意圖中被測物體選擇了二元高斯密度函數(shù)。



  相位高度關系


  柵線投影法的測量系統(tǒng)一般由投影儀和相機兩個部件組成。其中投影儀負責向被測量物體表面投射特定模式的柵線圖案,相機負責采集被投射物體表面的圖像。部分情形下還會在被測量物體后引入一個平面作為載波平面,但是即使不引入,在求解時也可以假設一個虛平面,不影響系統(tǒng)的測量。


  系統(tǒng)的光路圖如下圖所示(一般來說相機光軸和投影儀光軸不可能共面,當不共面同樣可以推導,這里為了展示線性關系所以建立了比較簡單的模型)。其中P為投影儀光心,C為相機光心。O為相機光軸和投影儀光軸的交點。設通過O點的水平平面為計算中基準X軸。L1和L2分別為相機光心和投影儀光心到X軸的距離。d為相機光心到投影儀光心沿X軸方向的距離。A-B-0平面為假設的虛平面,所假設的虛平面平行于投影儀光心和相機光心的連接線PC。



  


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