本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種基于結構光和數字散斑測量高溫物體位移和形變的裝置。
背景技術：
利用激光散斑測量物體的信息具有非接觸測量、全場測量、測量光路簡單的優點。基于激光散斑測量物體位置或形變信息的技術有利用激光散斑測量物體的微小位移、形變、震動等，但這種方法僅適用于近距離(小于2m)范圍內的溫度不高的物體，對于遠距離的高溫物體來說，高溫環境不利于產生穩定的激光干涉圖，且距離遠對激光器功率要求較高，常用的激光器難以滿足要求，因此，當前基于激光散斑的方法難以應用于遠距離測量高溫物體的位移和形變。
利用單純的數字散斑法可以適用于遠距離的物體的測量，只要保證物體的溫度不太高，容易設置特征點即可。但對于遠距離的高溫物體，其特征點不容易設置，這樣數字散斑法就難以用于測量遠距離的高溫物體的位移。
技術實現要素：
鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種基于結構光和數字散斑測量高溫物體位移和形變的裝置，用以解決現有數字散斑法難以策略遠距離高溫問題位移的問題。
本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：
本發明提供了一種基于結構光和數字散斑測量高溫物體位移和形變的裝置，包括：
結構光激光器，用于輸出單色結構光并照射到被測物體表面；
激光測距單元，用于獲得被測物體表面到光電探測單元的距離；
光學成像單元，用于將被測物體表面的單色結構光圖像成像在光電探測單元上；
光電探測單元，用于采集成像的圖像并發送給數據處理單元；
數據處理單元，用于對光電探測單元發來的圖像以及所述被測物體表面到光電探測單元的距離進行計算，得到所述被測量物體在高溫狀態下的位移和形變。
進一步地，所述單色結構光的的結構為點陣列，光的波長范圍為380～760nm。
進一步地，所述單色機構光的圖案為點狀、點陣列狀、線狀、線陣列狀、圓環狀、網格狀、條狀或者余弦條狀。
進一步地，所述激光測距單元與光學成像單元和光電探測單元相對位置固定不變。
進一步地，所述光電探測單元為CCD相機或者CMOS相機。
進一步地，所述光學成像單元具體包括：
濾光片，為窄帶濾光片，濾光片透過率最大值對應的波長為結構光激光器輸出的單色結構光的波長；
光學成像組件，為物方遠心成像系統，用于將所述被測物體表面的像成像到所述光電探測單元的感光面上。
進一步地，所述數據處理單元具體包括：
數據接收模塊，用于實時接收所述光電探測單元的圖像，并發送到存儲模塊；所述圖像包含兩部分，一部分是來自所述被測物體的圖像，用P0表示，另一部分是來自所述被測物體反射的結構光的圖像，用P1表示，P0和P1融合在同一幅圖像上；
存儲模塊，用于實時接收所述數據接收單元發送的圖像并存儲；
數據分析模塊，用于基于特定的數學算法對數字圖像進行計算處理，得到所述被測量物體在高溫狀態下的位移和形變。
進一步地，所述數據分析模塊具體用于，將A圖像中的P1作為參考特征點，選取適當的特征子圖像C作為參考對象在圖像B中進行搜索，基于相關理論通過搜索B圖像中與C最匹配的子圖像C’來確定圖像A和圖像B相對位移變化量或者形變量。
本發明有益效果如下：
本發明可以用于測量物體在高溫狀態下的位移和形變。
本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
附圖說明
附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。
圖1為本發明實施例所述裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或者更多個其他附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。
如圖1所示，圖1為本發明實施例所述裝置的結構示意圖，具體可以包括：
結構光激光器1，主要用于輸出單色結構光并照射到被測物體表面；
結構光激光器1輸出單色結構光并照射到被測物體2表面，光的結構為點陣列，光的波長范圍為380～760nm，結構光的圖案為點狀、點陣列狀、線狀、線陣列狀、圓環狀、網格狀、條狀、余弦條狀(強度呈余弦分布)等各種類型結構。被測物體2為遠距離高溫物體，處于常壓高溫環境，溫度最高可以到1800℃，到光電探測器的距離大于2m。
激光測距單元3，主要用于獲得被測物體表面到光電探測單元的距離；
激光測距單元3可以為一臺小型激光測距儀，測量精度為1mm，激光測距單元3與光學成像組件42和光電探測單元5相對位置固定不變，通過激光測距單元可以獲得被測物體2表面到光電探測單元5的距離。
光學成像單元，包括：濾光片41和光學成像組件42，主要用于將被測物體表面的單色結構光圖像成像在光電探測單元上；
其中，濾光片41為窄帶濾光片，濾光片41透過率最大值對應的波長為結構光激光器1輸出的結構光的波長；
光學成像組件42為物方遠心成像系統，可以將所述被測物體2表面的像成像到所述光電探測單元5的感光面上。
光電探測單元5，主要用于采集成像的圖像并發送給數據處理單元；
光電探測單元5為數碼相機，相機的主要組件探測器采用CMOS探測器，CMOS探測器像素數大于1024*1024；
數據處理單元，包括：數據接收模塊61、存儲模塊62以及數據分析模塊63，主要用于對光電探測單元5發來的圖像以及被測物體2表面到光電探測單元5的距離進行計算，得到被測量物體在高溫狀態下的位移和形變。
其中，數據接收模塊61，可以為一套數據采集卡設備，具備高速采集和高速存儲功能，主要用于實時接收所述光電探測單元的圖像，并發送到存儲模塊62；該圖像包含兩部分，一部分是來自所述被測物體的圖像，用P0表示，另一部分是來自所述被測物體反射的結構光的圖像，用P1表示，P0和P1融合在同一幅圖像上；
存儲模塊62，具備高速采集和高速存儲、處理功能，主要用于實時接收數據接收模塊61發送的數字圖像并存儲；
數據分析模塊63，用于基于特定的數學算法(例如數學算法F)對數字圖像進行計算處理，得到所述被測量物體在高溫狀態下的位移和形變。
在測量過程中，結構光激光器1輸出的結構光的空間位置是固定不變的。當所述被測物體本身相對結構光不變時，P0和P1圖像將保持不變，當物體因溫度變化等原因發生位移或者形變時，物體和結構光的相對位置將發生變化，即P0和P1將會發生相對位置變化。在物體發生位移或者形變前后各采集一幅圖像，分別用A、B表示，采用數學算法F將A圖像中的P1作為參考特征點，選取適當的特征子圖像C作為參考對象在圖像B中進行搜索，基于相關理論通過搜索B圖像中與C最匹配的子圖像C’來確定圖像A和圖像B相對位移變化量或者形變量。
上述數學算法F的基本表達式為
式中：f(xi,yj)表示A圖像中C的某點(xi,yj)處的灰度值；表示B圖像中C’的某一點處的灰度值；和分別表示子集C和子集C’的平均灰度值。找出相關最大點(x，y)，即可確定位移量(Δx,Δy)。
綜上所述，本發明實施例提供了一種基于結構光和數字散斑測量高溫物體位移和形變的裝置，可以用于遠距離測量高溫物體的形變和位移，并且本發明在數字散斑方法基礎上增加了結構光激光作為特征對象，采用結構光激光照射高溫物體，物體本身發出的光的光譜為連續光譜，激光為光譜上對應某一波長λlaster的單色光，當物體被激光照射時，物體發出的連續光譜上λlaster位置處的強度E就會有變化，通常會增強，這時用相機拍攝物體，在激光波長合適的情況下，可以從圖像上分辨出物體表面的結構光圖案，就可以通過數字圖像處理，獲取物體表面的結構光圖案，作為特征圖來獲取物體表面的變化信息。另外，本發明引入濾光片，避免結構光被淹沒的問題，濾光片的作用是將除λlaster以外的光屏蔽掉，使得只有λlaster附近的光可以入射到探測器，這樣物體表面的結構光圖案都可以清晰成像，提高了成像質量，使得后期數字圖像處理的工作比較容易。
本領域技術人員可以理解，實現上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質中。其中，所述計算機可讀存儲介質為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。
雖然已經詳細說明了本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本申請的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普通技術人員從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在它們的范圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。