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原文传递一种用于爆破过程中试件应变的实验分析系统及方法

专利名称：	一种用于爆破过程中试件应变的实验分析系统及方法
摘要：	本发明实施例公开一种用于爆破过程中试件应变的实验分析系统及方法。涉及爆破技术领域，可以适用于对试件在爆破过程中不同时刻的状态进行三维图像高速采集。包括：爆破实验加载装置、同步控制装置、图像采集装置及图像处理分析装置；图像采集装置包括第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组，任一相机组至少包括第一视角相机、第二视角相机及补光灯，第一视角相机、第二视角相机与试件呈三角形布置；第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组呈环形阵列设置于所述试件周围；多个相机组分别拍摄不同预设时刻试件爆破过程图像，以协同实现高速拍摄的目的。本发明适用于对爆破技术的理论研究分析场景中。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国矿业大学(北京)
发明人：	杨仁树;杨立云;丁晨曦;左进京;赵玉津
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910296945.5
公开号：	CN109975141A
代理机构：	北京市广友专利事务所有限责任公司
代理人：	祁献民
分类号：	G01N3/313(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路丁11号
主权项：	1.一种用于爆破过程中试件应变的实验分析系统，其特征在于，所述实验分析系统包括：爆破实验加载装置、同步控制装置、图像采集装置及图像处理分析装置；其中，爆破实验加载装置用于加载试件，所述试件上预制有炮孔；同步控制装置包括：信号触发器及脉冲打火器，所述信号触发器一路连接图像采集装置，另一路通过脉冲打火器与所述炮孔中的安装的TNT炸药导火索连接；图像采集装置包括第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组，所述第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组中任一相机组至少包括第一视角相机、第二视角相机及补光灯，所述第一视角相机、第二视角相机与试件呈三角形布置；第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组呈环形阵列设置于所述试件周围；所述第一相机组用于根据同步控制装置发送的第一脉冲控制信号，拍摄第一预设时刻的试件的第一爆破过程中图像；所述第二相机组用于根据同步控制装置发送的第二脉冲控制信号，拍摄第二预设时刻的试件的第二爆破过程图像；所述第三相机组用于根据同步控制装置发送的第三脉冲控制信号，拍摄第三预设时刻的试件的第三爆破过程图像；所述第四相机组用于根据同步控制装置发送的第四脉冲控制信号，拍摄第四预设时刻的试件的第四爆破过程图像；所述第五相机组用于根据同步控制装置发送的第五脉冲控制信号，拍摄第五预设时刻的试件的第五爆破过程图像；所述第一预设时刻、第二预设时刻、第三预设时刻、第四预设时刻及第五预设时刻不同，所述第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组的拍摄速度为200万张/秒；图像处理分析装置，用于对图像采集装置采集的不同预设时刻的试件的爆破过程的图像进行处理，并基于处理后的图像对爆破过程中的试件应变进行分析。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一预设时刻为1+5n，第二预设时刻为2+5n，第三预设时刻为3+5n，第四预设时刻为4+5n，第五预设时刻5+5n；其中，n≥0，且n为整数。 3.一种用于爆破过程中试件应变的实验分析方法，其特征在于，包括步骤：将预制有炮孔的试件夹紧固定于爆破实验装置上；将药包放入所述试件的炮孔中；将药包的导爆索连接于同步控制装置的脉冲打火器上；将同步控制装置的信号触发器与补光灯的开关连接；通过所述信号触发器发送触发信号给补光灯，使补光灯开启并持续第一预定时间段，以使补光灯光照亮度达到预设要求；当监测到补光灯光照亮度达到预设要求时，触发第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组根据预设的拍摄时刻拍摄图像；所述第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组至少包括第一视角相机及第二视角相机；在触发第一相机组、第二相机组、第三相机组、第四相机组及第五相机组拍摄之后的第二预定时间，通过信号触发器发送脉冲打火信号给脉冲打火器，以使脉冲打火器引爆炸药；第一相机组拍摄第一预设时刻的试件的第一爆破过程图像；第二相机组拍摄第二预设时刻的试件的第二爆破过程图像；第三相机组拍摄第三预设时刻的试件的第三爆破过程图像；第四相机组拍摄第四预设时刻的试件的第四爆破过程图像；第五相机组拍摄第五预设时刻的试件的第五爆破过程图像；以使多个相机组协同实现超高速拍摄试件爆破过程图像；所述第一预设时刻、第二预设时刻、第三预设时刻、第四预设时刻及第五预设时刻不同；所述超高速拍摄速度为1000万张/秒；将相机组分别拍摄的试件的第一、第二、第三、第四及第五爆破过程的图像发送至图像处理分析装置；图像处理分析装置对所述图像进行处理，并基于处理后的图像对爆破过程中的试件应变进行分析。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述图像处理分析装置对所述图像进行处理，并基于处理后的图像对爆破过程中的试件应变进行分析包括：基于第一组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第一爆破过程的三维图像；基于第二组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第二爆破过程的三维图像；基于第三组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第三爆破过程的三维图像；基于第四组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第四爆破过程的三维图像；基于第五组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第五爆破过程的三维图像；基于构建的第一爆破过程的三维图像对第一预设时刻爆破过程中的试件应变进行分析；基于构建的第二爆破过程的三维图像对第二预设时刻爆破过程中的试件应变进行分析；基于构建的第三爆破过程的三维图像对第三预设时刻爆破过程中的试件应变进行分析；基于构建的第四爆破过程的三维图像对第四预设时刻爆破过程中的试件应变进行分析；基于构建的第五爆破过程的三维图像对第五预设时刻爆破过程中的试件应变进行分析。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于第一组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第一爆破过程的三维图像包括：获取试件上的第一子区域在第一视角相机拍摄的第一爆破过程图像中的第一成像点坐标；根据对极约束公式prTFpl＝0确定所述第一成像点坐标在第二视角相机拍摄的第一爆破过程图像中对应的第二成像点坐标；所述第一成像点坐标与第二成像点坐标为试件上的第一子区域中的同一点在不同图像中的对应坐标点；其中，Pr是第一成像点坐标的齐次坐标，P1是第二成像点坐标的齐次坐标； F是基本矩阵，其中，Ar是第一视角相机内参，A1是第二视角相机内参，R是两相机间的旋转矩阵，T是变换矩阵的表示符号，tx是在x方向上的平移向量，ty是在y方向上的平移向量；ts是在方向上的平移向量；S是由两相机的平移向量变换得到的；基于得到的第一成像点坐标及第二成像点坐标确定试件上的第一子区域中一个对应点的三维空间坐标；重复上述步骤，得到试件上的第一子区域中所有点构成的一组离散的三维坐标；采用插值或曲线拟合算法，构建第一预设时刻爆破过程中试件的第一子区域的三维图像。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于第二组相机的第一视角相机与第二视角相机分别拍摄的不同角度的试件爆破过程中的图像，构建试件在第二爆破过程的三维图像包括：获取试件上的第一子区域在第一视角相机拍摄的第二爆破过程图像中的第一成像点坐标；根据对极约束公式prTFpl＝0确定所述第一成像点坐标在第二视角相机拍摄的第二爆破过程图像中对应的第二成像点坐标；所述第一成像点坐标与第二成像点坐标为试件上的第一子区域中的同一点在不同图像中的对应坐标点；其中，Pr是第一成像点坐标的齐次坐标，P1是第二成像点坐标的齐次坐标； F是基本矩阵，其中，Ar是第一视角相机内参，A1是第二视角相机内参，R是两相机间的旋转矩阵，T是变换矩阵的表示符号，tx是在x方向上的平移向量，ty是在y方向上的平移向量；ts是在方向上的平移向量；S是由两相机的平移向量变换得到的；基于得到的第一成像点坐标及第二成像点坐标确定试件上的第一子区域中一个对应点的三维空间坐标；重复上述步骤，得到试件上的第一子区域中所有点构成的一组离散的三维坐标；采用插值或曲线拟合算法，构建第二预设时刻爆破过程中试件的第一子区域的三维图像；重复上述构建第二预设时刻爆破过程中试件的第一子区域的三维图像的过程的步骤，分别构建第三预设时刻、第四预设时刻及第五预设时刻爆破过程中试件的第一子区域的三维图像。 7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述基于得到的第一成像点坐标及第二成像点坐标确定试件上的第一子区域中一个对应点的三维空间坐标包括：获取第一视角相机及第二视角相机的焦距；基于得到的第一成像点坐标、第二成像点坐标及所述焦距，根据公式计算出对应点的三维空间坐标；其中，两个相机之间的旋转矩阵和平移向量 8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在图像处理分析装置对所述图像进行处理，并基于处理后的图像对爆破过程中的试件应变进行分析后还包括：将爆破过程中的试件应变分析结果以数据表格形式输出并存储。 9.根据权利要求3至6任一所述的方法，其特征在于，所述第一预设时刻为1+5n，第二预设时刻为2+5n，第三预设时刻为3+5n，第四预设时刻为4+5n，第五预设时刻5+5n；其中，n≥0，且n为整数。
所属类别：	发明专利