基于摄影测量校正的斜光轴数字图像相关方法

提出一种针对单相机、斜光轴测量条件下,基于摄影测量校正的二维数字图像相关法(DIC).变形前,在被测物表面粘贴不少于3个控制点(圆形标志点),通过摄影测量技术得到控制点的三维坐标,利用控制点的三维坐标及其在图像上对应的二维坐标,通过空间后方交会法得到斜光轴相机的三维空间方位,拟合控制点的三维坐标得到控制面.变形过程中,...     

基于双目视觉的薄壁零件变形量测量（英文）

针对薄壁零件变形量测量困难且过程繁琐的问题,提出了一种基于双目视觉的薄壁零件变形量测量方法 .对于零件表面变形量的测量,将具有基准坐标系标记点的刚性金属块安装在被测零件上,并在零件表面粘贴多个设计的编码标志点和彩色圆形定位点.利用彩色标记点分割出基准坐标系和编码标记点的有效图像区域,排除干扰图像特征.进行基准坐标系标记点和编码标记点的识别和检测,利用设计的角点结构实现标记点圆心的精确定位,并计算得到测量点的三维坐标.在基准坐标系下,通过计算零件变形前后表面关键点的三维坐标变化得到工件表面变形量.对于零件边缘变形,采用改进Canny边缘检测算法提取零件边缘的有效轮廓信息,并利用极线几何约束和灰度相似性对边缘特征进行了立体匹配和三维重建.薄壁零件变形量测量实验和测量精度验证实验表明该测量方法合理有效且测量精度满足要求.     

三维轮廓扫描法测量透镜曲率半径的实验研究

三维轮廓扫描方法可通过连续扫描透镜表面三维空间形貌,拟合得到其曲率半径值。该方法具有测量精度高、可任意选定测量区域、测量力微弱、对光学表面划伤可忽略等优点。通过实验,研究了三维轮廓扫描法测量透镜曲率半径的精度,并分析了测量区域大小、扫描间距等因素对测量精度的影响。实验结果表明,该方法测量凸、凹球面透镜的曲率半径的相对重复性可达到110-6。     

基于标志点的三维拼接立体偏折法

立体偏折法作为一种非接触式镜面表面三维测量方法,近年来发展迅速。为了解决传统立体偏折法难以测量较大倾角曲面的问题,提出了一种基于标志点的三维拼接立体偏折法。先利用立体偏折法测量不同视角下的曲面子区域的三维点云,同时通过立体视觉测量样品台上标志点的三维坐标,使用标志点坐标进行粗拼接,再通过迭代最近点算法进行精拼接,最终重构出完整的三维面型。实际搭建了一套三维拼接立体偏折测量系统,测量了一个倾角25.8°的光滑凸球面反射镜,拼接后球面拟合误差在3μm以内。实验结果验证了方法的可行性,对立体偏折法应用于大口径和大倾角的复杂光学曲面三维测量具有借鉴意义。     

数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹用于非连续表面动态变形测量（英文）

为解决传统相位解包裹法不能够用于非连续表面的动态变形测量的缺点,在详细阐述基于时空三维相位解包裹技术的数字散斑干涉术的工作原理和测量步骤基础上,应用数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹测量非连续表面动态变形.实验证明,当采用每秒70帧的普通相机拍照时,可实现最快形变速率为25.12μm/s的非连续表面动态变形测量.本文所提方法扩展了数字散斑干涉术的测量范围,增强其应用能力.     

石英玻璃球撞击刚性壁的破碎过程

利用高速枪对石英玻璃球撞击刚性靶板进行了实验研究,分析了不同速度下球体的破碎过程和失效模式。当冲击速度低于临界破坏速度时,石英玻璃球以略低于原速从靶板回弹;当超过临界破坏速度时,球体呈现“压缩破碎区-表面剥落区-剪切破坏区”的破坏结构;进一步提高碰撞速度,剪切破坏区的扩展导致球体碎裂为若干“月牙状”的碎块;更高撞击速度下,石英玻璃球发生坍塌式破碎,在远离撞击端处产生层裂现象。利用离散元软件对球体的撞击破坏过程进行了模拟研究,球体在高速碰撞下的破碎可以分为弹性压缩、整体破碎和二次撞击3个阶段。球体碎裂前Hertz接触理论可以较好描述其撞击力,而破碎后的撞击力由于碎裂卸载远小于理论值,且偏差随冲击速度逐渐增加。     

聚变反应时间历程的双峰结构测量

利用新研制的聚变反应速率测量系统,在神光Ⅲ原型装置上测量了间接驱动时充DT气体的玻璃球壳内爆靶丸的聚变反应速率的时间历程,获得了DT中子产额约为1010时的聚变反应速率随时间的变化过程,发现了聚变中子发射在时间上的双峰结构。利用辐射流体程序对聚变中子在时间上的双峰结构进行了数值模拟,发现双峰结构分别由冲击压缩过程和惯性压缩过程产生,靶丸壳层厚度不同时产生的聚变中子发射双峰强度比变化可能是由靶丸的初始表面调制度不同所致。通过理论模拟与实验结果的对比,验证了中子聚变反应历程的双峰结构。     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

基于修正Levenberg-Marquardt算法的非球面面形误差校正

透射显示双屏偏折系统解决了传统方法无法测量非连续镜面三维形貌的难题，其使用透明显示屏，既增大了测量视场又减小了系统结构的复杂性。但透明显示屏的折射效应会导致三维测量结果产生误差。在分析透射显示双屏系统中折射光路的基础上，提出一种透明显示屏折射误差补偿方法。首先分析透射显示双屏系统测量原理及折射误差产生原因。在参数标定过程中，从相位角度对透明显示屏引入的折射误差进行补偿。在所研制的测量系统上验证所提出的折射误差补偿方法。实验结果表明，该方法消除了折射效应带来的误差，提高了镜面物体三维形貌测量的精度。     

圆柱腔低频声场的球谐函数分解及声场再现

针对圆柱腔低频声场的球谐函数分解,提出了基于移动式球形传声器阵列(简称球阵)测量的空间域直接求解法。利用空间域测量数据,在压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论框架下通过一次线性方程组求解,获得整体坐标系下的声场展开系数。首先讨论了感知矩阵的列相关性,比较不同球阵形式及球面采样点数目,不同球谐函数截断阶数以及空间测量位置等的影响。随后在飞机舱室模型内利用文中提出的方法求解声场展开系数,再现腔内水平面的声压分布,并与传统球坐标变换方法做比较。实验结果表明,利用空间域直接求解法,通过球面随机挑选10个采样点的刚性球阵在声腔3个位置进行声场测量,不仅能够有效求解声场展开系数,而且声场再现精度更高,同时计算效率也显著提高。      

蘸粘式光纤液体分析仪的折射率传感特性研究

提出了一种测量液体折射率的光纤液体分析仪。利用液体表面张力的作用,在光纤探头端形成一个液滴。该液滴的作用相当于一个平凸透镜,发射光纤出射的光经液滴表面折射、未扰液面的反射和液滴表面的再次折射后进入接收光纤。根据菲涅耳公式,光线在各个界面的透射系数和反射系数与液体的折射率有关,且对于不同的液体,光线的传输路径不同。基于球面折射成像和反射式强度调制原理,分析了光线的传输路径,并建立了接收光纤接收到的光强与液体折射率的关系模型。对不同浓度的NaCl溶液进行了测量,实验结果符合理论预期,表明该方法可以用于液体折射率的测量。     

基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪设计与应用

传统的迈克尔逊干涉仪只能简单地呈现光的干涉图像,并不能生动体现光的波动特性及其形貌特征,且测量过程繁琐。针对这些问题,提出了一种基于数字全息技术的新型迈克尔逊干涉仪实验装置。该装置采用2个CCD相机代替传统迈克尔逊干涉仪中的平面反射镜,并引入与球面光相干的平面参考光与球面光发生干涉,利用数字全息技术直接获取2个CCD记录面上的球面光复振幅信息,然后通过最小二乘拟合获取球面波参数,并对球面光复振幅进行解调得到居中后的球面光复振幅,最后通过数字干涉的方法实现两球面光的干涉。实验结果表明,该装置能实时生动地显示入射球面光的三维图像和两球面光的干涉图像,同时根据拟合得到的参数能便捷地测量透明等厚介质的折射率,实验中测量了3种不同材料的折射率,其误差均能控制在±5%以内,有较高的测量精度。     

水中物体的光学三维形貌测量的研究

提出了一种对水中物体进行光学投影式表面三维形貌测量的新方法。通常的测量方法都是假设摄像机和被测物体都处于空气中,测量水中物体时,由于光在空气、水分界面上发生折射,投射到被测表面的光条纹图像发生扭曲,从而给三角测量法带来误差。新方法可以精确测量出水中被测物表面的三维坐标并计算出物体的几何尺寸,实验验证了该方法的有效性。考虑折射后,该测量类似于在空气环境中的测量。采用的极线约束及亚像素技术,提高了测量精度和速度。     

大口径粗糙球面的检测

 为了解决大口径光学元件在精磨阶段的检测问题,基于电磁场散射理论,分析了在红外干涉仪测量粗糙表面过程中,所产生干涉条纹的对比度与粗糙表面粗糙度之间的关系,并通过测量不同粗糙表面对这一结果进行了实验验证。利用红外干涉仪测量了280#精磨粗糙球面（Φ=1130mm,R=3600mm）的面形,讲述了测量大型粗糙球面时干涉仪的调整方法。从测量结果可以看出,此粗糙球面具有比较明显的球差,面形峰谷（PV）值为0.526λ(λ=10.6μm),均方根（RMS）值为0.117λ(λ=10.6μm)。     

神光系列激光装置内爆烧蚀压缩过程测量

间接驱动惯性约束聚变研究中，获得高内爆速度是实现点火，提升聚变增益的关键。通过对内爆烧蚀压缩过程的测量，能够获得内爆速度和剩余质量等内爆动力学重要的物理量，实现烧蚀层材料、厚度以及激光波形等参数的优化。近几年在神光系列装置上，演示了常规的应用狭缝成像的内爆烧蚀压缩过程测量技术，发展了基于球面弯晶成像的高分辨单能内爆烧蚀压缩过程测量技术。通过对球面弯晶成像系统设计的持续改进以及内爆烧蚀压缩过程测量技术的优化，结合实验室和系统原位标定结果，建立了高分辨的内爆压缩流线诊断技术，采用替代靶方式，实现内了爆速度不确定度2.1%的测量精度。     

神光Ⅱ激光装置X射线高分辨单色成像技术

介绍了基于球面弯晶的X射线高分辨单色背光成像技术。通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得成像关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系,设计了应用于神光Ⅱ激光装置的单色背光成像系统。利用石英球面弯晶,采用Mg的类H共振发射线以及利用云母球面弯晶,采用Mo连续谱中3.14 keV能点进行背光实验,获得了内爆靶丸的单色投影图像,空间分辨在较大范围内好于5 m。这种成像技术在现阶段惯性约束聚变(ICF)实验研究中能够发挥许多重要的作用,特别是对内爆靶丸压缩流线的测量和流体力学不稳定性的诊断。     

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。     

单幅彩色条纹投影的不连续物体表面三维形貌测量

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图,由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离,同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图,通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体,利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景,从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。     

连续振动悬臂梁的瞬时三维形貌测量

提出一种连续振动悬臂梁瞬时三维形貌的测量方法。利用影栅云纹法在连续振动悬臂梁表面产生包含有三维形貌信息的云纹,采用准直双光源提高亮度,通过高速摄相机获取随时间变化的一系列变形条纹,利用傅里叶变换方法对序列图像进行处理,采用补零延拓法对数据进行处理,以减小频谱泄漏所引起的相位计算误差。将相位解包裹方法用于动态过程瞬时三维相位场的相位展开中,重建了悬臂梁的瞬时三维形貌,再现了悬臂梁的连续振动过程。     

数字图像相关中基于可靠变形初值估计的大变形测量

为使数字图像相关方法适用于大变形测量,提出一种变形初值估计方法.通过在变形前图像中第一个计算点附近选择三个或更多特征点并在变形后图像中选择其对应点,利用坐标对应关系获得该点可靠的变形估计值作为Newton-Rapshon方法的迭代初值.该方法可对被测物体存在任意刚体转动或大变形情况下的表面变形进行准确测量,克服了通常的基于整像素位移相关搜索再进行亚像素位移测量的数字图像相关方法在被测物面存在稍大转角或大变形情况下即不能使用的缺点.对存在相对刚体转动图像的位移场和聚丙烯泡沫塑料压缩实验的大变形进行了测量,结果充分显示本文方法的有效性.