本发明涉及光测力学领域，具体地，涉及一种基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统及方法。
背景技术：
1、目前，物体表面的应变测量可以分为接触式测量与非接触式测量。其中，非接触式测量具有对被测物体无影响、无接触干扰、实用性广泛、易于实时操作、测量精度高等优点而备受关注，非接触式应变测量主要以光学测量方法为主，包括激光散斑法、数字体积相关以及数字图像相关等。
2、其中，数字图像相关通过连续拍摄短时间间隔内的物体表面图像，依据互相关算法计算出图像之间的位移，从而得到物体表面的位移与应变，在光学应变测量领域应用较为广泛。三维数字图像相关法(3d digital image correlation,3d-dic)采用两个或以上的相机进行测量，可以提取到试样表面的三位形貌、位移及应变信息，但是由于需要采用多个相机且相机需要校准、同步等流程，该方法的系统复杂程度与使用困难度都相对较高，因此研究人员们开始研究采用单相机进行3d-dic的方法。han等人提出了一种基于光纤束(fiber bundle，fb)的单相机3d-dic系统，通过光纤束来传输图像，相较于传统3d-dic可以不用严格同步；同时提出了一种将图像采集和图像处理相结合的定位错位和校正错位的方法来减小传输时的误差。pan等人提出了一种使用衍射光栅的单相机显微3d-dic的方法，可以在减小整体尺寸的同时针对小尺度物体的形变进行测量。wu等人提出了一种使用单个摄像头和双棱镜的3d-dic技术，通过在相机和试样之间放置双棱镜，减少了对相机的需求同时保持了一定的测量精度。以上方法都从一定程度上解决了3d-dic系统对于多相机的需求、多相机同步控制的困难。然而，以上方法均存在一个不足，在减少相机数量的同时增设了其余光学元件，系统整体的复杂度并没有得到改善。
3、为减小数字图像相关光学设备的整体尺寸，使其能够应用于更广泛的使用场所并能对微小区域进行应变测量，本发明专利利用超构透镜成像特点，提出了基于超构透镜(meta-lens)的数字图像相关应变测量方法，采用超构透镜取代传统镜头，在不增加多余光学元件的情况下减少了相机，相应地也减少了相机校准同步的时间，极大地增加了拍摄效率，能更方便、有效地完成高精度三维测量。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统及系统。
2、根据本发明提供的一种基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，包括：
3、超构透镜、数字相机、照明光源及计算机；
4、其中，所述照明光源光强能够调节；
5、所述超构透镜包含多个超构透镜单元，对物体散射或发出的光进行成像，所成的像位于数字相机感光芯片所在平面；
6、所述超构透镜单元由基底与覆盖在基底上的纳米柱阵列组成，实现对入射光相位的调控，以实现成像功能；针对不同情况，设计不同的相位补偿；
7、超构透镜设计为消球差的相位调制，用单片微米级厚度的超构透镜，将不同方向入射的光线都能准确折射聚焦至焦平面处，超构透镜的焦斑尺寸接近衍射极限，在相同的数值孔径下具有更好的成像分辨率；
8、所述数字相机用于采集被测物体由超构透镜所成的图像；
9、所述计算机用于处理由数字相机采集到的标定和实验图像数据，通过标定图像计算相机参数，对实验图像进行三维数字图像分析计算，得到被测物体的三维形貌，位移以及变形数据；
10、所述照明光源发出的光具有设计超构透镜时的工作波长；或者所述照明光源为白光光源，使用白光光源时放置工作波长对应频带滤波片；或者直接使用不加滤波片的白光光源以及满足成像所需光强要求的环境光。
11、优选地，在所述超构透镜中：
12、所述超构透镜包含两个超构透镜单元，超构透镜单元位于同一平面，且焦距相同；在设计的工作距离内，两个超构透镜单元对待测物体或者区域能够同时成像；两个超构透镜单元各自成像区域均覆盖了全部待测区域。
13、优选地，在所述超构透镜中：
14、所述超构透镜包含两个以上超构透镜单元，超构透镜单元位于同一平面，且焦距相同；在设计的工作距离内，存在多对超构透镜单元对待测物体或者区域的全部，或者部分能够同时成像；上述多对超构透镜单元中，每对中的两个超构透镜单元各自成像区域均包含有相同的待测区域；上述多对超构透镜单元的成像区域的总和，覆盖了全部待测区域。
15、优选地，在所述数字相机中：
16、所述数字相机采用黑白相机，或者彩色相机。
17、优选地，所述超构透镜中，不同的超构透镜单元使用不同的工作波长，但在不同工作波长下的焦距相同；
18、所采用的照明光源具备发出上述工作波长光的能力，或为白光光源。
19、根据本发明提供的一种基于超构透镜的数字图像相关应变测量方法，采用所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，执行包括：
20、步骤s1：在被测试件表面喷涂散斑，并按照所需测量工况将试件固定；
21、步骤s2：调节超构透镜及数字相机使各超构透镜单元成像清晰；
22、步骤s3：进行所需测量的工况加载，并使用计算机控制相机采集图像；
23、步骤s4：拍摄标定图像，获取标定参数；
24、步骤s5：对采集到的图像进行分离并进行数字图像三维dic分析计算。
25、优选地，在所述超构透镜中：
26、所述超构透镜包含两个超构透镜单元，超构透镜单元位于同一平面，且焦距相同；在设计的工作距离内，两个超构透镜单元对待测物体或者区域能够同时成像；两个超构透镜单元各自成像区域均覆盖了全部待测区域。
27、优选地，在所述超构透镜中：
28、所述超构透镜包含两个以上超构透镜单元，超构透镜单元位于同一平面，且焦距相同；在设计的工作距离内，存在多对超构透镜单元对待测物体或者区域的全部，或者部分能够同时成像；上述多对超构透镜单元中，每对中的两个超构透镜单元各自成像区域均包含有相同的待测区域；上述多对超构透镜单元的成像区域的总和，覆盖了全部待测区域。
29、优选地，在所述数字相机中：
30、所述数字相机采用黑白相机，或者彩色相机。
31、优选地，所述超构透镜中，不同的超构透镜单元使用不同的工作波长，但在不同工作波长下的焦距相同；
32、所采用的照明光源具备发出上述工作波长光的能力，或为白光光源。
33、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
34、1、本发明仅采用一个相机的单次拍摄即可实现3d-dic测量，采用超构透镜取代传统镜头，使其能在保持成像质量的前提下获得更加简单和紧凑的光学结构，具有高效率、不需要相机同步等特点。同时超构透镜设计为消球差的相位调制，仅用单片微米级厚度的超构透镜，将不同方向入射的光线都能准确折射聚焦至焦平面处。另外，超构透镜的焦斑尺寸接近衍射极限，在相同的数值孔径下具有更好的成像分辨率；
35、2、本发明通过双目/多目超构透镜实现单相机三维成像，同时可以通过设计不同焦距和孔径的超构透镜来优化dic测量的景深和视场。相比于传统双目3d-dic，多目3d-dic对同一特征能提供更多的视角信息和减少遮挡的影响，以更精准解算视差关系，从而精准解算三维方向的变形和位移；
36、3、本发明还能有效拓展到高速、显微等特殊测量领域，从而有效降低硬件成本和测试空间需求；
37、4、本发明得益于新系统的光学结构，它可以像传统双目3d-dic一样实现系统参数的方便调节。
1.一种基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，其特征在于，在所述超构透镜中：
3.根据权利要求1所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，其特征在于，在所述超构透镜中：
4.根据权利要求1所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，其特征在于，在所述数字相机中：
5.根据权利要求1所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，其特征在于：
6.一种基于超构透镜的数字图像相关应变测量方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量系统，执行包括：
7.根据权利要求6所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量方法，其特征在于，在所述超构透镜中：
8.根据权利要求6所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量方法，其特征在于，在所述超构透镜中：
9.根据权利要求6所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量方法，其特征在于，在所述数字相机中：
10.根据权利要求6所述的基于超构透镜的数字图像相关应变测量方法，其特征在于：
