本發(fā)明涉及一種成像方法，屬于圖像測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

落錘撕裂實驗dwtt(dropweightteartest)是目前檢測金屬材料強(qiáng)韌性的主要方法。dwtt已被列入國際標(biāo)準(zhǔn)(api5l/iso(internationalorganizationforstandardization)3183、《管線落錘撕裂試驗推薦作法》(apirp5l3)及國標(biāo)《鐵素體鋼落錘撕裂試驗方法》(gb/t8363-2007)。dwtt可評估材料強(qiáng)、韌性及韌脆轉(zhuǎn)變溫度。對管線鋼實施落錘撕裂試驗，是在實驗室中模擬管線鋼加載破斷并表征其斷裂特征,進(jìn)而界定其使用安全的有效手段。通常情況下，以斷口有效區(qū)域內(nèi)韌性斷面(剪切斷面)所占的面積百分?jǐn)?shù)，即psa來表征管線鋼的斷裂特征。psa低于50％為不安全的脆斷行為，高于85％則為質(zhì)量控制所需的具有一定止裂能力的韌斷行為。

gb/t8363—2007《鐵素體鋼落錘撕裂試驗方法》和apirp5l3—1996《管線鋼落錘撕裂試驗推薦方法》規(guī)定了測定dwtt試樣斷面psa的方法：選定測量凈截面，辨識韌性斷面區(qū)(剪切區(qū)、纖維區(qū))與脆性斷面區(qū)(解理區(qū)、晶狀區(qū))。通常情況下，韌斷區(qū)呈現(xiàn)為暗灰色纖維狀形貌，而脆斷區(qū)呈現(xiàn)出亮白色結(jié)晶狀形貌。最后測定韌性斷面百分比psa。

測定韌性斷面百分比psa通常有以下3種方法可供選擇：

①圖譜比對法，將擊斷的試樣斷面與一組和試樣厚度相同且經(jīng)過標(biāo)定的斷口照片或?qū)嵨飻嗫谙鄬Ρ?，得到韌性斷面百分比psa。

②卡尺測量法。

③光學(xué)投影直測法，在附有標(biāo)尺的斷口照片或光學(xué)投影圖上用求積儀測出脆性斷面區(qū)的面積，從凈截面中扣除脆性斷面區(qū)面積，便可獲得韌性斷面區(qū)所占面積分?jǐn)?shù)。標(biāo)準(zhǔn)同時指出，該種方法一般用于仲裁或有爭議及用其他方法難以確定的情況。

綜上可見，在測定dwtt試樣斷口psa時，圖譜比對法實施簡單，但定量化程度較差，在批量化同類產(chǎn)品質(zhì)量控制與驗收放行時具有一定的成效，此外標(biāo)準(zhǔn)化圖譜的獲得需依賴于長期經(jīng)驗的積累?？ǔ邷y量法定量化程度較高，但選區(qū)測量與公式的合理應(yīng)用對試驗者要求較高。隨著控軋控冷技術(shù)以及組織強(qiáng)化工藝在高等級管線鋼研發(fā)生產(chǎn)中的普及，與典型dwtt試樣斷口形貌差異較大的復(fù)雜斷口、特殊斷口的出現(xiàn)幾率成倍增多，這對卡尺測量法與光學(xué)投影直測法都提出了相應(yīng)技術(shù)挑戰(zhàn)。而光學(xué)投影直測法需要專家來評定，耗時耗力。

鋼材料dwtt斷口通常包含脆性斷面區(qū)和韌性斷面區(qū)。脆性斷面區(qū)是斷裂時幾乎不伴有塑性變形的斷口區(qū)域。斷裂面通常與拉應(yīng)力垂直，由于是沿晶斷裂、解理斷裂或準(zhǔn)解理斷裂，脆性斷面區(qū)各個方向呈現(xiàn)顆粒狀均勻分布，微觀上具有反光面，成像時相對光亮。如圖1所示。

韌性斷面區(qū)是延性斷裂，具有明顯的宏觀塑性變形。韌性斷面區(qū)顆粒度，主要由韌窩大小決定，溫度越高，韌性越好韌窩越大，宏觀特點：暗灰色，纖維狀，如圖2所示。使用現(xiàn)有圖像測量技術(shù)時，成像效果差，面臨的困難是dwtt斷口形貌十分復(fù)雜，韌性區(qū)、脆性區(qū)及裂口混雜并且不平整度很大，峰谷差可達(dá)到30mm，既要保證成像景深又要保證成像分辨率，同時又要使得成像獲得的圖像能有效的區(qū)分韌斷區(qū)與脆斷區(qū)，這對成像帶來技術(shù)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有對dwtt斷口成像效果差的問題，本發(fā)明提供一種dwtt試樣斷口成像方法。

本發(fā)明的dwtt試樣斷口成像方法，所述方法基于成像裝置實現(xiàn)，所述成像裝置包括相機(jī)1、運(yùn)動平臺2和光源3，試樣斷口4位于運(yùn)動平臺2上，相機(jī)1和光源3均位于試樣斷口4的上方，對試樣斷口4進(jìn)行成像，所述成像方法包括如下步驟：

步驟一：調(diào)整試樣斷口4中心到相機(jī)1成像光軸的位置和距離，調(diào)整光源3入射至試樣斷口4表面，使相機(jī)1獲得試樣斷口4的初步圖像；

步驟二：采用圖像分割方法對初步圖像進(jìn)行分割，獲得斷口區(qū)；

步驟三：將斷口區(qū)的凈截面分成n部分，控制運(yùn)動平臺2上下運(yùn)動，分別獲取n部分的調(diào)焦評價值，各找到一個極大調(diào)焦評價值,n為大于或等于2的正整數(shù)；

步驟四：控制運(yùn)動平臺2上下運(yùn)動，當(dāng)斷口區(qū)n部分的調(diào)焦評價值均達(dá)到其各自極大值的a％以上，運(yùn)動平臺2停止運(yùn)動，相機(jī)1獲取試樣斷口4的焦平面成像；

a為設(shè)定的值。

優(yōu)選的是，所述n等于2，a等于90。

優(yōu)選的是，所述光源3包括正入射光源3-1和斜入射光源3-2；

所述步驟一中，采用正入射光源3-1和斜入射光源3-2同時照射試樣斷口4區(qū)表面。

優(yōu)選的是，所述正入射光源3-1為環(huán)形光源，相機(jī)1透過環(huán)形光源的中心對試樣斷口4成像。

優(yōu)選的是，所述斜入射光源3-2為點光源。

優(yōu)選的是，所述步驟一還包括：調(diào)節(jié)斜入射光源3-2入射至試樣斷口4區(qū)表面的位置和角度。

優(yōu)選的是，所述相機(jī)1景深大于145mm，分辨力優(yōu)于70lp/mm，光圈數(shù)小于等于8。

上述技術(shù)特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術(shù)特征來替代，只要能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。

本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明將試樣斷口4的圖像分成幾部分，通過控制運(yùn)動平臺2的運(yùn)動，使斷口圖像幾部分的調(diào)焦評價值達(dá)到設(shè)定值，達(dá)到最佳調(diào)焦?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而在光源的照明下，相機(jī)1對斷口進(jìn)行成像，保證了成像景深又要保證成像分辨率。同時設(shè)置了正入射光源3-1和斜入射光源3-2，在斷口區(qū)表面光滑時，因為正入射光源3-1的照明，反射光線會小角度返回，光線被相機(jī)1接收并成像；當(dāng)斷口區(qū)表面不光滑時，因為斜入射光源3-2的照明，不光滑的表面將入射光線小角度反射回相機(jī)1，獲得較高的成像對比度，便于對斷口區(qū)表面上的紋理和暗角進(jìn)行檢測，能有效的區(qū)分韌斷區(qū)與脆斷區(qū)。本發(fā)明與現(xiàn)有測量技術(shù)相比，明顯提高了成像效果。

附圖說明

圖1為脆性斷裂區(qū)微觀結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2為韌性斷裂區(qū)微觀結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3為正入射光源3-1和斜入射光源3-2的原理示意圖。

圖4為本發(fā)明的成像裝置的原理示意圖。

圖5為環(huán)形光源的原理示意圖。

圖6為采用自動調(diào)焦法實現(xiàn)峰谷高度差半程成像。

圖7為試樣斷口的焦平面成像。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。

結(jié)合圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式所述的dwtt試樣斷口成像方法，所述方法基于成像裝置實現(xiàn)，所述成像裝置包括相機(jī)1、運(yùn)動平臺2和光源3，試樣斷口4位于運(yùn)動平臺2上，相機(jī)1和光源3均位于試樣斷口4的上方，對試樣斷口4進(jìn)行成像，所述成像方法包括如下步驟：

步驟一：調(diào)整試樣斷口4中心到相機(jī)1成像光軸的位置和距離，調(diào)整光源3入射至試樣斷口4表面，使相機(jī)1獲得試樣斷口4的初步圖像；

步驟二：采用圖像分割方法對初步圖像進(jìn)行分割，獲得斷口區(qū)；

步驟三：將斷口區(qū)的凈截面分成n部分，控制運(yùn)動平臺2上下運(yùn)動，分別獲取n部分的調(diào)焦評價值，各找到一個極大調(diào)焦評價值，n為大于或等于2的正整數(shù)；

步驟四：控制運(yùn)動平臺2上下運(yùn)動，當(dāng)斷口區(qū)n部分的調(diào)焦評價值均達(dá)到其各自極大值的a％以上，運(yùn)動平臺2停止運(yùn)動，相機(jī)1獲取試樣斷口4的焦平面成像；

a為設(shè)定的值。

本實施方式將試樣斷口4的圖像分成幾部分，通過控制運(yùn)動平臺2的運(yùn)動，使斷口圖像幾部分的調(diào)焦評價值達(dá)到設(shè)定值，達(dá)到最佳調(diào)焦?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而在光源3的照明下，相機(jī)1對斷口進(jìn)行成像，保證了保證成像景深又要保證成像分辨率。

照明是dwtt視覺測量系統(tǒng)中重要的一環(huán)，照明光源3將光線投射到斷口區(qū)表面形成反射光線，相機(jī)1在接收到反射光線后，才能對斷口區(qū)成像。對于dwtt斷面，表面起伏非常大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非常容易形成陰影，所以必須使用外置光源3。

優(yōu)選實施例中，如圖3和圖4所示，光源3包括正入射光源3-1和斜入射光源3-2；采用正入射光源3-1和斜入射光源3-2同時照射試樣斷口4區(qū)表面。

正入射光源3-1發(fā)出平行光線或者小角度發(fā)散光，當(dāng)斷口區(qū)表面光滑時，反射光線會小角度返回，光線被相機(jī)1接收并成像；若斷口區(qū)表面不光滑(凹凸、紋理)，則反射光線會大角度發(fā)散，不被相機(jī)1所接收。進(jìn)而斷口區(qū)表面光滑的部分即會獲得較高的成像對比度，便于特征提取和位姿參數(shù)解算。

斜入射光源3-2會發(fā)出大角度光線，與正入射光源3-1正好相反，當(dāng)斷口區(qū)表面光滑時，反射光線大角度發(fā)散不會被相機(jī)1接收。而紋理部分卻可將入射光線小角度反射回相機(jī)1，獲得較高的成像對比度，便于對斷口區(qū)上的紋理和暗角進(jìn)行檢測，接近180度。在光線低角度照射下物體的邊緣信息、紋理信息等三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能被清晰的反映出來。

所以應(yīng)用低角度照明的優(yōu)點的能夠凸顯被測表面結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)圖像的三維信息。

根據(jù)斷口區(qū)的成像要求，在表面起伏度達(dá)到30mm的斷面需要凸顯出高低起伏較粗糙的脆性區(qū)，并盡量減少陰影區(qū)域的出現(xiàn)防止覆蓋待檢測區(qū)域，采用沐光和低角度照射相結(jié)合的方法。

優(yōu)選實施例中，如圖5所示，正入射光源3-1為環(huán)形光源，相機(jī)1透過環(huán)形光源的中心對試樣斷口4成像。

合理的沐光光源結(jié)構(gòu)應(yīng)為環(huán)形，外環(huán)半徑320mm。內(nèi)環(huán)半徑260mm大于鏡頭的尺寸，可以讓相機(jī)1從中間穿過，且不遮擋相機(jī)1視場。

優(yōu)選實施例中，斜入射光源3-2為點光源。

為了區(qū)分韌性區(qū)、脆性區(qū)，根據(jù)脆性特征面在需要在高亮的點光源低角度掠射下，會呈現(xiàn)十分明顯的閃耀特性，對檢測非常有利。而且點光源光線發(fā)散角度大，可凸顯三維結(jié)構(gòu)。因此針對dwtt試樣斷口4，采用高亮點光源進(jìn)低角度照射。

照明實驗表明，斷口區(qū)在低角度照明的方式下脆性特征區(qū)域更加明顯。為了達(dá)到脆性特征區(qū)突出陰影少的效果，不同的斷口區(qū)需要相應(yīng)調(diào)節(jié)低角度照射的角度和位置。

具體實施例：

根據(jù)實際情況，測量視場優(yōu)于100mm×50mm，可以全部應(yīng)用需求。

由于需檢測的試樣斷口4的表面高低不平試件斷口表面峰谷差可達(dá)到30mm，脆性斷裂區(qū)結(jié)晶顆粒大小在100～200μm，對被測試樣斷口不在同一物面上的情況普通工業(yè)鏡頭景深難以符合要求。為了達(dá)到精密測量的要求，用遠(yuǎn)心鏡頭。由于其獨(dú)有的平行光路設(shè)計和視場分辨率一般比普通鏡頭高，景深也比普通鏡頭大10倍以上，畸變率很小。綜合考慮選用的遠(yuǎn)心鏡頭參數(shù)需要滿足：景深△d大于145mm，分辨力c優(yōu)于70lp/mm(>45％)，光圈數(shù)f小于等于8。

采用白光380nm～780nm照明，取λ＝580nm則鏡頭物方分辨率σ1為：

σ1≈1.22×f×λ＝1.22×8×0.580μm＝5.66μm

根據(jù)計算結(jié)果：光學(xué)分辨率優(yōu)于100μm，能夠達(dá)到檢測要求。經(jīng)過查詢，滿足上述要求的商用遠(yuǎn)心鏡頭存在，這為本實施例的實現(xiàn)帶來簡便。

由于景深△d＝145mm，需要成像焦平面落在斷口的峰谷高度差的一半的地方。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，成像裝置設(shè)有沿著成像光軸上下運(yùn)動的功能，并采用自動調(diào)焦評判函數(shù)，自動評判斷口區(qū)域的調(diào)焦情況。

本實施例的成像方法包括如下步驟：

步驟一：調(diào)整試樣斷口中心到相機(jī)成像光軸的位置和距離，調(diào)整正入射光源3-1和斜入射光源3-2入射至試樣斷口區(qū)表面的角度和位置，使相機(jī)獲得試樣斷口的初步圖像；

步驟二：采用圖像分割方法對初步圖像進(jìn)行分割，獲得斷口區(qū)；

步驟三：將斷口區(qū)的凈截面分成兩部分，控制運(yùn)動平臺上下運(yùn)動，分別獲取兩部分的調(diào)焦評價值，各找到一個極大調(diào)焦評價值；

步驟四：控制運(yùn)動平臺運(yùn)動，當(dāng)斷口區(qū)兩部分的調(diào)焦評價值均達(dá)到其各自極大值的90％以上，運(yùn)動平臺停止運(yùn)動，相機(jī)獲取試樣斷口的焦平面成像。

本實施例在正入射光源3-1和斜入射光源3-2的照明下，采用大景深的遠(yuǎn)心鏡頭對dwtt斷口成像，為兼顧景深和分辨率(景深增加時，分辨率減少，反之亦然)，采用自動調(diào)焦法實現(xiàn)峰谷高度差半程成像，如圖6所示，成像效果圖如圖7所示。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對示例性的實施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。