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。     

频域数字散斑相关法对双材料界面裂纹的研究

本文将数字散斑相关方法与显微放大技术相结合,对铜、钢双材料界面裂纹试作进行了研究,提出了频率城数字散斑相关法,该方法在频率域中利用物体变形前后散斑图对应子区域的相关搜索来测量物体的变形位移,该方法与常用的空间域数字相关法相比,避免了相关识别中的反复搜索,极大地提高了信息提取速度,并且具有更高的定位精度和测量精度。文章最后给出了实验结果。     

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.     

数字剪切散班干涉术中的刚体位移补偿的新方法

给出一个数字剪切散斑干涉术中的刚体位移补偿的新方法。当刚体位移大于一个像素时，加载前后的散斑图将会由于位置的变化导致失相关。重新安排每一个像素将会克服此失相关。散斑平均、条纹重构以及迭代方法用来改善条纹质量，消除散斑噪声，最后得到可取结果。     

数字剪切散斑干涉术中的刚体位移补偿的新方法

给出一个数字剪切散斑干涉术中的刚体位移补偿的新方法，当刚体位移大于一个像素时，加载前后的散斑图将会由于位置的变化导致失相关，重新安排每一个像素将会克服此失相关，散斑平均、条纹重构以及迭代方法用来改善条纹质量，消除散斑噪声，最后得到可取结果。     

数字散斑亚像素小角位移测量的曲面拟合法

与传统测量方法相比,数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性,能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题,研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法,并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析,得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性,为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。     

预测搜索算法在图像相关中的应用

数字散斑相关方法在亚像素测量过程中运算量大,在对实时性要求较高的系统中该方法的应用受到了限制。提出了一种原理简单、搜索速度快、精度高的预测搜索算法,介绍了预测搜索算法的原理,并给出预测位移的公式。通过实验验证了对算法的精度、效率和鲁棒性,说明对数字散斑相关方法进行优化后,既不损失亚像素位移的计算精度又提高了图像处理的效率。     

数字散斑相关测量方法的研究与改进

通过对数字散斑相关测量方法的研究,提出一种新的数字散斑相关搜索方法.采用该方法可大大节省数字散斑相关测量中数据处理的时间.实验表明,本文所提出的方法是一种实用的快速、高精度位移和变形的测量方法.     

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。     

散斑位移法测量激光高斯光束的空间分布

 提出一种测量激光光束高斯空间分布特征的新方法——散斑位移法。该方法利用光传播的菲涅尔衍射公式和光场的统计规律,给出散斑场光强在散射体位移前后的高斯光束相关函数的表达式。测出相关函数在光路上某一位置的数值,并由此同时求出高斯光束的束腰位置和大小。     

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。     

双目立体视觉技术在结构试验中的应用

传统的动态位移测量方法属于接触式测量,常用应变式位移计直接测量结构变形,其测量精度往往取决于位移计安装情况,且测量的电信号容易受到试验环境的影响。随着光学测量技术的不断发展,基于双目立体视觉和数字图像处理技术的光学测量方法已开始应用于位移测量。为了解决传统动态位移测量的精度问题和环境对信号的干扰问题,将双目立体视觉技术应用到三层钢框架结构的振动台试验中,对结构在地震作用下的位移进行测量。研究结果表明:从位移时程和位移偏差率两方面同传统测量方法进行对比分析,光学测量方法减少了2.0 s~3.5 s的相对滞后时间,增强数据可靠性;位移偏差率最大为7.03%,最小为0.02%,均在测量误差允许范围之内,验证了光学测量位移方法在结构抗震试验中的可行性及优越性。     

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。     

电子散斑归一化互相关法测位移

把粗糙物体表面受到相干光照明时产生的散斑场看作是一个稳态随机信号,在此基础上,本文提出了一种能做到大量程,高精度位移测量的新方法——电子散斑归一化互相关法测位移或称电子散斑照相法测位移.该法实质上是借助数字图像处理技术,通过物体位移前后二个散斑场之间的相关性来进行位移测量方法的发展.文中给出了理论分析和实验系统.实验结果表明,该法有诸如准实时,大量程(毫米级),高精度和线性可靠等优点.     

Assessment of speckle-pattern quality in digital image correlation based on gray intensity and speckle morphology

In digital image correlation (DIC), speckle patterns are generated on the surface of a specimen to resolve uniqueness issues. Thus, speckle patterns significantly affect the accuracy of image correlation. To assess the quality of speckle patterns, the standard deviation of gray intensities within each speckle (SDGIS) is introduced as a new metric. On the basis of the cumulative distribution of SDGIS, speckle-pattern quality measurement (ρ) is proposed, which integrates the features of gray intensity and speckle morphology. Twelve speckle patterns are generated by changing the spraying time and nozzle sizes of an airbrush because these are associated with the speckle volume fraction and speckle size, respectively. In addition, three displacement fields are used to investigate the effects of speckle patterns on the accuracy of the DIC results. For the 12 speckle images associated with the three displacement fields, the correlation results demonstrate that the proposed speckle-pattern quality measurement is inversely proportional to the averaged error of the subset method. This is statistically confirmed by evaluating the correlation coefficient and p-value. Furthermore, the error of the subset method is more affected by speckle patterns than the subset size when the subset size is sufficiently large.     

基于数字图像相关的三维刚体位移测量方法

基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体化移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%.     

Application of iteration and finite element smoothing technique for displacement and strain measurement of digital speckle correlation

In this paper, an improved method for measuring displacement in digital speckle correlation technology, which is based on an iterative and spatial-gradient algorithm, is developed. After obtaining full-field displacement, both finite element method and 2D generalized cross-validation (GCV) algorithm are adopted for smoothing the displacement field, and then the strain field can be obtained from the smoothed displacement field. The method is estimated by simulated speckle patterns and three-point bending experiment. All the results show the improved method can obtain a reasonable estimation of displacement and strain fields in digital speckle correlation method.