数字光弹性相移法中全场等倾角和等差线相位

以径向受压圆盘为例,从弹性力学的角度详细分析了模型全场等倾角相位的情况,分析第一主应力的方向,在六步相移法的基础上提炼出圆盘全场等倾角相位和等差线的真实相位。采用有限元软件MARC与形函数拟合相结合的方法模拟径向受压圆环六步相移图和等差线相位图,可以推广到没有解析解或者解析解复杂的应力模型的光弹性实验模拟。通过径向受压圆盘实验验证了方法的可行性,实现光弹法中自动提取全场等差线的信息。     

抑制高阶谐波误差的随机相移条纹分析算法

高阶谐波和随机相移误差是影响条纹分析精度的主要因素。为了同时解决这两个问题,提出了基于频域滤波的迭代相移算法。该算法采用巴特沃斯低通滤波器,从频域上滤除条纹的高阶谐波分量,再运用最小二乘迭代方法从三帧随机相移条纹图像中提取相位信息。数值模拟和实验结果表明,该算法可有效地抑制由高阶谐波和随机相移引入的波纹误差,误差PV值和RMS值分别为0.368 8 rad和0.025 3 rad,其精度高于传统的三步相移算法和Wang算法。该方法适合于高精度干涉测量和三维物体表面轮廓测量。     

Ronchi相移剪切干涉仪及其相位提取误差分析

在分析Ronchi相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上,系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法,采用所提出的八步与十步相移算法,对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明,八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度;为了提高测量精度,要求相移误差优于2%;探测器位数大于10位;光栅周期误差小于1%;光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验,对理论分析的正确性进行了验证。     

数字光弹性中五步彩色相移法及其应用

把相移法与光学彩色信息图像处理技术相结合,提出全场数字化确定主方向角的光弹性五步彩色相移法。其主要优点是采用最简单的白光平面偏振仪光学系统,由数码照相机采集五幅等色线与等倾线相互耦合的彩色条纹图,经计算机进行处理后,就可以得到[O～π／2]范围内单纯连续的等倾角相图;为了减少测量误差,在相移法中引入背景光强参与运算。对实验中存在的三种主要误差因素进行了定量分析,给出了具体的误差控制指标。用对径压缩圆盘问题的理论仿真模拟结果、基本实验和复杂平面及空间实际问题进行检验和对比,表明本方法是正确可行的。     

投影条纹相移法中图像饱和误差抑制算法研究

针对投影条纹相移法三维形貌测量中的图像饱和误差进行了深入研究,分析了基于条纹相移技术的图像饱和误差抑制算法的适用范围,推导了基于六步相移的饱和误差抑制算法公式.理论分析表明,相移条纹图的帧数越多,饱和误差抑制算法的适用范围越广.并通过数值模拟和实验进行了验证,基于六步相移的饱和误差抑制算法可以更加有效地抑制图像饱和引起的相位误差.     

投影条纹相移法中图像饱和误差抑制算法研究

针对投影条纹相移法三维形貌测量中的图像饱和误差进行了深入研究,分析了基于条纹相移技术的图像饱和误差抑制算法的适用范围,推导了基于六步相移的饱和误差抑制算法公式.理论分析表明,相移条纹图的帧数越多,饱和误差抑制算法的适用范围越广.并通过数值模拟和实验进行了验证,基于六步相移的饱和误差抑制算法可以更加有效地抑制图像饱和引起的相位误差.     

用切力差法确定高梁横截面的应力

本文根据高梁弯曲时的等倾线和等差线图，用切力差法确定横截面的应力，其误差小于百分之五。     

全场数字化测量光弹性等倾角的五步彩色相移法

通过把相移法与光学彩色信息图像处理技术相结合 ,提出了一种确定全场光弹性等倾角的五步彩色相移法。模型置于白光照射下 ,在起偏镜与分析镜不同设置的平面偏振光场中 ,用彩色数码照相机分别采集五幅等色线与等倾线相耦合的条纹图 ,根据相移法基本原理 ,就可以确定在 0～π/2范围内的等倾角。经过对径压缩圆盘的检验 ,实验结果与理论完全相符。该方法改进了单色光相移法的不足 ,对实验应力分析及其在工程结构强度设计中的应用将起积极的促进作用     

多幅图像运算模块的建立及在光弹性图像处理中的应用

介绍光弹性图像处理软件中多幅图像运算模块的建立,该模块具有多幅图像运算,表达式中的图像文件数自动识别,对单个或多个图像文件进行二值化操作,计算结果的拉伸及预览以及结果的显示与保存等功能,该模块在光弹性图像处理中可实现等倾线的分离,等差线的倍增及相移技术等。     

平面偏振光场光弹性实时相移法

光弹性法可广泛用于二维、三维应力或应变场的研究。根据偏振相移法的原理,提出一种新的积分相移法,并设计了用于全场等倾线和等差线实时分析的光弹性仪。在正交偏振光场下,按一定速度同步旋转起偏镜和分析镜,CCD摄像机可连续获取四幅相移光弹图像,由CCD像敏单元积分获得其光强值,通过所提出的相移法运算,可以迅速地得出全场等倾角和等差线的相位值。该方法和装置不仅可用于光学原件及玻璃制品的高速检测,而且也可用于随时间缓慢变化的光弹性分析中。     

光强和方位角误差对光弹性五步彩色相移法的影响

为了了解相移法中的各种参数所产生的误差对最终结果的影响 ,对一些主要参数做深入的误差分析是十分必要的。针对五步彩色相移法所用的白光入射平面偏振场的特点 ,只考虑光强、起偏镜和分析镜方位角所引起的误差影响就可以了。提出一个分析和评估这些误差源对五步彩色相移法确定等倾角参数所产生影响的方法 ,这对合理设计实验装置和执行正确的实验条件将起到积极的作用     

基于梯形与正弦相移算法的非线性误差校正北大核心CSCD

相移轮廓术是一种广泛使用的光学三维测量方法,其精度不仅受相位展开算法本身的影响,也受测量系统中投影仪和摄像机的非线性影响。理论上,投射更多的相移条纹可减弱非线性误差的影响,但是增加了测量时间。为了提高误差校正的效率,提出了一种基于梯形正弦相移的测量方法。该方法需要两组改进的梯形相移条纹和一幅正弦条纹。梯形条纹提供图像强度信息和条纹级次信息,图像强度信息用来求取系统的非线性响应曲线,进一步消除系统的非线性。正弦条纹经过希尔伯特变换可求得额外的条纹图像,用来计算截断相位信息。经过校正的截断相位信息,可进一步获取精度较高的三维信息。相较于先前的梯形与正弦误差校正方法,该方法的测量效率提高了28%。     

相移阴影莫尔条纹正交化解调技术

提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图,然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景,进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法,发展了一种相位解调方法,提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考,用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明,相对于典型的三步相移法和主量分析方法,提出的方法测量得到的相位误差最小(0.5rad),且简化了测量过程.     

线阵CCD立靶系统全视场测量误差分析

基于线阵CCD交汇立靶测量系统空间坐标新误差分析模型,用matlab分析了在图像判读精度为±0.5像素的情况下测量系统整个靶面误差情况。在理论分析基础上,用两相机间距为1664mm的线阵CCD正交交汇立靶测量系统对垂直靶面入射的小钢珠进行了空间坐标测量实验。实验结果表明,在线阵CCD有效靶面内,水平方向误差约为0.5mm,垂直方向误差约为0.8mm;与理论分析结果水平方向误差不超过0.5mm,垂直方向误差不超过1.1mm一致。     

一种两步相移相位解算方法

提出一种将傅里叶与相移法结合的三维物体快速测量方法.通过时域提取精确的均值包络与频域滤波结合的方法预处理条纹,结合基于相位半角的两步相移,只需要两幅相移条纹图,即可得到精确的相位信息.通过仿真和实验将本文方法与现有方法进行了分析对比,实验结果证明,本文方法可以获得优于现有两步相移方法的准确度,一般测量环境下的均方根误差在3×10~(-3) rad以内.本文提出的方法对噪声和表面突变不敏感,具有鲁棒性好、运算速度快、准确度高等优点,在三维快速测量领域有较高的应用价值.     

基于概率密度函数的彩色相位测量轮廓术校正

在彩色相位测量轮廓术中,光电器件多个光通道之间的颜色串扰、强度响应不均等因素的影响,使得所获取的相移条纹图像失真,因此采用传统的相位技术求解相位会产生极大的相位误差。从彩色条纹图像的数学模型出发,分析了彩色成像器件所获取的红绿蓝三通道条纹图像特性,提出一种两步校正方法：第一步是基于三通道均值及标准差实现对各颜色通道图像强度的归一化处理;第二步是使用概率密度函数曲线搜索失真后的实际相移量,抑制相移量不准确对测量结果的影响。所提方法不需要对系统的耦合系数和相移偏移量进行预校正,可实现简便、快速的相位误差补偿。模拟及实验结果验证了该方法的有效性。     

基于双2+1相移法的高动态范围三维测量

针对基于2+1相移法的高反光表面三维测量,分析了强度饱和条纹图案的傅里叶频谱,引入了强度饱和条纹的三阶傅里叶级数表达形式,建立了强度饱和所致的包裹相位误差模型,提出了双2+1相移法。从精度和效率两方面进行了对比实验：对比传统的2+1相移法和自适应条纹投影的2+1相移法,双2+1相移法的相位误差分别降低了69.9%和65.2%;对比多曝光2+1相移法和自适应条纹投影的2+1相移法,双2+1相移法的测量效率分别提高了91.9%和63.9%。     

基于选择采样的高效迭代相位提取算法

在光学精密测量中,相移干涉法应用广泛。常用的相移器件容易出现相移误差,采用等步距相位提取算法会产生测量误差。基于最小二乘的迭代相位提取算法可以有效消除该类相位提取误差,提高测量精度,但是其迭代过程运行时间长,效率低。提出了一种基于选择采样的迭代相位提取算法,先对干涉图像进行等间隔抽样,降低计算量;再根据对比度滤除干涉图像中低质量像素点,防止误差增大,进行最小二乘迭代求解相位。仿真实验对算法进行了分析和验证,在抽样间隔为2时的选择采样方法与所有像素点全部代入计算相比,运行时间从6.687 s降为0.725 s,均方根误差仅为0.032 9。实验结果证明:选择采样的迭代相位提取算法运算时间短、误差小,非常适合高速相移干涉测量应用。     

非偏振分光镜对外差干涉仪非线性误差的影响

除了激光源、偏振分光镜（PBS）和波片等偏振器件之外,非偏振分光镜（NPBS）也是外差干涉仪中重要的非线性误差源。研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对非线性误差的影响。采用p、s分量透射比、反射比、反射相移和透射相移共同表征NPBS的退偏效应,并逐项分析了其非线性误差模型。如果入射光束为理想线偏振光,则只有NPBS的反射相移和透射相移影响测量精度。如果入射光束存在偏振椭圆化和非正交,则NPBS的方位角、透射比和反射比、相移等参数的变化都会引入非线性误差,误差曲线的斜率受椭圆率和非正交角的影响。因此选用不同的激光源,同一个NPBS产生的非线性误差大小不同,一般可达几个纳米量级。为了实现纳米/亚纳米级精度的外差干涉测量,选择性能稳定的NPBS,特别是NPBS退偏效应与激光源输出偏振态之间的匹配非常重要。     

基于图像处理的光弹应力测量实验

利用光弹法获取非晶体各向同性圆片对径受压时的偏振干涉图,通过Matlab对手机采集的等差线图像进行滤波,借助PS对CCD记录的等倾线图像进行边缘锐化等算法处理。最后再使用Matlab完成后续数据提取,进行插值拟合,定量计算了规则薄圆片在不同对径压力下的内应力分布,并与弹性力学解的理论值进行对比。结果表明,该方法通过利用实验室普及的软硬件,得到的材料内应力分布能够准确反映各向同性对径受压圆盘内部应力变化规律,且对径压力越大,与理论值的偏差越小。提及的等差线、等倾线图像处理方法同样适用于其他形状的样品。