一种三维变形光学测量系统及微结构力学性能测试应用

描述了一种使用显微栅线投影技术和数字图像相关技术同时测量微结构三维形貌和变形的光学测量系统.在此系统中,正弦栅线通过相移投影器投影到被测物体表面,变形的条纹图由高分辨率的CCD相机和显微镜头采集并保存.相移技术处理条纹图得到形貌和离面变形,同时从相移图像中提取出被测物表面纹理,数字图像相关技术处理变形前后表面纹理得到面...     

基于优化电子散斑光谱的三维物体测量研究

用激光光束直接照射到测试表面,再用CCD采其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹,条纹图解析为测量点的位移量和变形量,进而得到其离面位移,在优化算法的时候采用π位相技术获取另一个π相移的变形条纹图像,将面内位移与离面位移分离,为了消除零级分量,让投影光栅移动1/2个周期.通过Matlab和四步位相算法给出了三维空间模型,得出变形后物体的离面位移数据.实验仿真数据表明其能够稳定地测量物体变形场三维分量,误差较低.     

激光散斑技术与水工建筑物

散斑干涉计量术是七十年代发展起来的一门新兴技术.当用激光照射物体表面时,其漫反射光相互干涉形成了随机分布的斑点,该斑点称为“散斑”(speckle).散斑在六十年代初兴起的激光全息术中曾被作为相干噪声力求消除掉的.1968年。Burch和Tokavski指出[1]。用全息底片将物体表面的随机分布的散斑与物象一起拍摄下来而得到的散斑图。可用来获得物体表面变形(位移)的信息.Archbold, Burch和Ennos等人于1969年利用激光散斑法研究振动问题[2]。并且在1970年成功地进行物体变形的定量分析[3,4].1974年,Evans和Boone等人利用散斑相关原理测量断裂力…     

基于经验小波变换及核概率密度的物体表面变形测量

采用CCD相机采集物体变形前后的散斑图片,利用一维经验小波变换对散斑图片进行逐行分解,获得一系列的固有分量.根据分解后分量的核概率密度函数提出基于核概率密度的自适应降噪法,去除噪声干扰,提取跟变形信息相关的分量并重构,利用重构后的每一行获得变形前后重构散斑图.采用Hilbert法计算重构后散斑图的相位,对变形前后散斑图相位进行相减,根据相位差进行解包裹获得物体表面变形信息.实验结果表明该方法能够有效地对物体表面变形进行测量,且测量精度较经验模态分解提高4倍.     

立体摄影术与数字散斑相关方法相结合用于研究三维变形场

采用立体摄影术与数字图像相关技术相结合的方法测量了三维位移场。首先利用两个CCD摄像机在空间两个不同位置拍摄物体表面在变形前后同一个区域之间的散斑图像;然后利用数字散斑相关技术求解这四幅散斑图像之间的相对位移;最后利用立体摄影的几何转换公式来确定物体表面的三维变形场。给出了该立体摄影测试系统的标定结果以及编织复合材料试件的三维变形测量结果。     

双功能数字散斑干涉位移及空间梯度同时测量

为了满足无损检测中复合材料在复杂载荷下多参数变量评估的需求,提出了一种基于光路复用的双功能数字散斑干涉系统,能够同时实现数字散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量功能.通过控制其中一个反射镜-波片组合,当该组合离位时,构成数字散斑干涉测量光路,实现离面位移测量;当该组合在位时,构成数字剪切散斑干涉测量光路,实现离面位移空间梯度的测量.测量过程中只需简单切换该组合的位置就可以实现单次加载下被测物体表面离面位移及其空间梯度的同时测量.该系统光路结构简单、切换效率高,能够同时获得高质量的位移及空间梯度测量结果.实验证明,双功能数字散斑干涉系统既具备高抗干扰能力,又具备高灵敏度测试能力,适合复合材料无损检测现场使用.     

数字散斑干涉术物体形变测量

基于数字散斑干涉术测量物体形变的原理,研究了物体面内位移及变形的测试技术.采用电荷耦合器件记录变形前后的两幅散斑图,取代传统散斑干涉术中的记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的繁琐的化学湿处理过程.分别用菲涅尔散斑和像面散斑方法获得散斑干涉图,用相减技术得到含有物体形变信息的散斑干涉条纹.设计高斯低通滤波器,对干涉条纹进行处理,提高了干涉条纹的对比度.提出扫描条纹中心行方法,由条纹中心行一维位相分布获得一维物面变形,实现了散斑干涉条纹的自动判读.试验表明,该方法简洁且实用.     

时间序列散斑干涉场中相位函数的计算

散斑干涉或电子散斑干涉计量应用于连续运动或变形物体时,就会产生一个时变的散斑干涉场,通过摄像系统连续地采集这一时变散斑场,可获得一系列时间序列散斑干涉图,通过对序列散斑图上各点在时间轴上光强值的变化进行分析,提出了一种基于时间序列的分析方法,用以提取干涉场的相位值,进而获得物体全场变形信息。     

电子散斑干涉载频调制形貌测量方法的分析

根据电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的基本原理,物体表面的微小偏转可引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。将物体的偏转视为变形,对物体变形与载波干涉条纹之间的关系进行了讨论,得出了离面位移引入载波和面内位移引入含有物体高度信息相位的结论。发现利用典型电子散斑干涉系统测量物体形貌效果最好,并通过实验得到了验证。     

双目视觉DIC测量系统的离面位移测量精度

采用离面位移测量精度达到10 nm~20 nm的电子散斑干涉测量系统验证了双目视觉数字散斑相关测量系统的离面位移测量精度。分别用电子散斑干涉测量系统和双目视觉数字散斑相关测量系统同时测量了平板离面位移,并对所测量的位移最大值进行了分析处理及比较。结果表明,双目视觉数字散斑相关测量系统的物体离面位移分布云图与电子散斑干涉测量系统的结果基本相同,且两者位移均方根相差为2.76 m~3.56 m,相对误差为4.59%~7.60%。因此,当被测量物体的离面位移大于4 m时,双目视觉Q400测量系统精度可达到电子散斑干涉测量系统的精度。     

数字散斑法在局域剪切带三维变形研究中的应用

在适当的温度、应变率和预变形下,合金材料的拉伸试验中,将会出现伴随应力锯齿形跌落的雪崩式剪切变形带,即波特文-勒夏特利埃(Portevin-Le Chatelier,PLC)效应。利用高速数字摄像系统(分辨力1000 frames/s)并结合数字散斑干涉法(Digital speckle pattern interferometry,DSPI)和数字散斑相关法设计了一套光学变形测量系统,实现了拉伸试验中对试件表面三维变形的实时、精确测量。利用该光学系统对铝铜合金试件在拉伸试验中产生的跳跃传播的局域剪切带瞬态成核过程进行捕捉。通过结合数字散斑相关法得到的面内变形定量结果和数字散斑干涉法得到的表现离面变形的条纹图,再现了剪切变形带成核和传播瞬间的三维变形过程。     

数字散斑技术在混凝土单轴压缩试验中的应用

数字散斑技术作为一种新兴的测量方法,它具有非接触、全场量测、精度高、操作简单等特点,随着计算机技术的迅猛发展,数字散斑技术得到了广泛的应用与研究。针对混凝土在外荷载作用下具有明显的非均匀变化的特征,借助传统的测量方法很难得到混凝土表面的全场变形结果的问题,结合数字散斑相关方法测量技术,开展了混凝土单轴压缩试验,拍摄了混凝土表面在单轴压缩过程中的位移与应变矢量场,为分析混凝土试件的损伤区域奠定了基础;与电测法测量结果进行了对比,其测量结果表明,这两种测量方法误差相对较小,且数字散斑技术能更早的发现混凝土表面的破坏,验证了数字散斑相关方法的准确性和可靠性。借助数字散斑技术可以更加方便准确的得到材料表面的变形场,这也将在一定程度上促进土木工程领域的发展,具有广阔的应用前景。     

噪声对数字图像相关法计算结果的影响研究

不同的散斑场会显示出不同的灰度分布特征,并对数字图像相关方法的计算结果有着重要影响。使用计算机模拟生成一系列单向拉伸图像和双向拉伸图像,并在生成的图像中添加噪声,从而获得一系列含噪声单向拉伸图像和含噪声双向拉伸图像。使用数字图像相关方法对无噪声图像和含噪声图像分别进行相关计算,并分析研究图像应变量与相关计算结果正确率间的关系,研究结果表明发现当图像的应变量在一定范围内时,数字图像相关方法计算结果的正确率较高。同时发现,当图像的应变量较小时,噪声对相关计算结果的影响较大,随着图像应变量的增大,噪声对相关计算结果的影响逐渐减小,当图像的应变量到达一定程度时,噪声对相关计算的影响就不明显了。     

基于图像分形相关位移测量新方法的研究

本文从分形理论出发提出了图像分形相关位移测量的新方法。较之20世纪80年代发展起来的以像素的灰度相关为基础的数字散斑相关法，分形相关法更充分地利用了散斑图的相关性特征，有关更深入的发展潜力。为了验证理论与方法的可靠性，进行了验证性实验并和数字散斑相关法的测试结果进行了比较。测试结果显示，测试精度至少可达0.06个像素。最后讨论了这一方法的发展前景。     

The improved genetic algorithms for digital image correlation method

We present a global optimization method, called the genetic algorithms (GAs), for digital image/speckle correlation (DISC). The new algorithms do not involve reasonable initial guess of displacement and deformation gradient and the calculation of second-order spatial derivatives of the digital images, which are important challenges in practical implementation of DISC. The performance of a GA depends largely on the selection of the genetic operators. We test various operators and propose optimal operators. The algorithms are then verified using simulated images and experimental speckle images.     

时间序列动态散斑相关跟踪测量原理及其应用

在对散斑场的特性进行研究与分析的基础上,提出了时间序列动态散斑相关跟踪测量法,它弥补了一般散斑相关法不适合大变形测量的缺点,扩大了散斑相关法的应用范围.运用这种方法不仅可以测量大动态范围的面内变形,而且可以测量分析面内动态变形过程和变形速度.     

散斑面内形变场检测系统设计

数字散斑测量是一种非接触、全场测量的高精度光测方法。该系统由散斑生成装置、数据采集装置和数据处理装置三部分组成。散斑生成装置将扩散的激光束投射到待测物体上,用接收屏接收物体散射生成的散斑图像。数据采集装置主要由CCD和数字采集卡组成,CCD拍摄散斑图像,并将其传输给数字采集卡,经采集卡转换成数字图像,以矩阵形式输入到数据处理装置。数据处理装置根据光学相关识别技术设计的检测程序对采集到的数字图像进行相关运算,通过对相关峰的准确定位来获取物体的形变信息。     

数字散斑相关方法实现鼠标定位原理

在激光鼠标工作原理的基础上,利用数字散斑相关方法对激光鼠标的定位原理进行了研究。设计实验得到散斑场并用数码相机拍摄。用图像采集卡采集CCD扫描数散斑图像得到的图像,将图像数字化,分析数据得到了图像最优采样的像素单元和图像位移两个参量。基于两个参量,实验采集散斑图像在一定的轨迹运动下的散斑场,用Matlab软件模拟,并比较分析了实验和模拟结果。结果表明,用数字散斑相关方法可以实现激光鼠标的定位功能,并且分辨力可达到1μm,远高于市场上激光鼠标30μm的分辨力。     

Deformation measurements of three types of Portevin--Le Chatelier bands

In this paper a technique based on high-speed digital photography and the digital speckle correlation (DSC) method is used for the quantitative measurement of the displacement and strain fields of various Portevin--Le Chatelier (PLC) bands (types A, B, and C). The experimental results clearly show the nucleation process of a type-B band and the propagation of a type-A band. The results also reveal that there exists an elastic shrinkage deformation outside a PLC band during a large avalanche-like deformation inside the PLC band.