基于多通道滤波技术的散斑条纹图正则化方法

在光测力学中,条纹图正则化是进一步提取条纹位相信息的重要基础。对于散斑条纹图来说,正则化的过程还需能够有效地抑制散斑噪声。本文提出一种基于多通道滤波技术的散斑条纹图正则化方法。通过使用多个Gabor滤波通道对散斑条纹图进行滤波,并且引入与条纹对比度有关的权重因子把各个滤波通道的滤波结果叠加起来,最终得到滤除了散斑噪声的正则化条纹图。数值模拟和实验结果表明,该方法在将散斑条纹图正则化的同时能够有效地滤除条纹图中的散斑噪声,为进一步提取条纹位相奠定了良好的基础。     

区域密度滤波及其在数字散斑条纹处理中的应用

利用统计学原理对数字错位散斑条纹的形成进行了系统分析，并针对散斑条纹图所特有颗粒性强的特点，提出一种新的空域滤波方法－区域密度滤波。该方法能更有效地抑制散斑图中的高频噪声，也使条纹图更平滑，并且细节得到了最大程度的保存，避免了有些空域滤波法因误差积累而导致条纹移动的问题，进一步保证了相移技术和神经网络系统的计算精度。     

干涉条纹图处理的等值线窗口滤波和摄像测量在国防试验的应用

对图像进行滤波或称平滑是干涉条纹图像处理中的一项重要工作。一幅未经处理的原始图像或多或少存在着不同程度的噪声干扰,特别是散斑和Insar干涉条纹图,信噪比很低,难以处理。本文针对光测力学中光学干涉方法得到的条纹图,提出了一种新的滤波方法条纹等值线窗口滤波,并对这种滤波方法进行了研究讨论,提出了几种确定等值线窗口的不同方法。这种滤波方法根据干涉条纹图不同断面上灰度分布的不同特点,选择沿条纹走向的条纹等值线窗口进行滤波,在最大消除条纹图噪声的同时,也能保证对条纹损伤最小。摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用。本文也介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量;基于投影条纹的物体三维形貌精密测量方法研究;以及对接航天器位置和姿态的实时测量。在这些应用中都实现了高精度测量。     

数字散斑条纹处理的频域法和空域法

通过对数字散斑干涉条纹散斑噪声分布规律的分析，本文提出一种用于ＤＳＰＩ条纹降噪声处理的空域滤波法－复合区域平均法。处理结果表明，该方法仅处理速度快而且其去噪声效果能与ＤＣＴ方法相媲美。     

激光散斑复合错位干涉法

本文对利用光楔的激光散斑复合错位干涉法作了修正。分析了用等分直角错位光楔和等分60°错位光楔时,双曝光散斑图的频谱特性,提出用作图法确定频散晕的周界。建议在滤波时选用高通滤波以减小或消除散斑照相的噪声影响和增加信息。     

数字图像相关的噪声导致系统误差及散斑质量评价标准

数字图像相关中散斑质量评价标准应该综合考虑系统误差和随机误差的作用。之前的工作考虑了无图像噪声情况下插值引起的系统误差,本文则进一步研究了有图像噪声情况的系统误差,并与随机误差综合考虑提出了完善的散斑质量评价参数。本文推导了有噪声情况下系统误差的解析形式,揭示了噪声引入系统误差产生的内在本质在于插值引起噪声不确定性对亚像素位置的依赖。依据理论分析,插值噪声耦合函数的概念被引入,它由插值基函数平移平方和的斜率决定,表征了噪声引入系统误差随亚像素位置的变化。插值耦合函数将之前的研究成果纳入统一的理论体系,并从本质上解释了高阶B-样条插值对应的噪声引起系统误差较小的现象。数值模拟与本文的理论分析显示一致,在真实的亚像素平移实验验证中,本文将公式推广到非均匀噪声情况,并与实验结果获得了较好的吻合。基于对系统误差的理论分析,综合考虑系统误差和随机误差影响,提出了两种计算误差评估参数:总误差的最大值和平方平均值,并提出了快速估计算法且通过数值模拟进行了验证。计算误差评估参数实际也是一种散斑质量评价参数,提出的评估参数弥补了现存散斑质量评价参数未足够考虑插值影响的缺陷,是更完善的散斑质量评价标准。本文应用新提出的散斑评价参数对一些常见散斑图进行了评价,并将其用于对模拟散斑图的优化。     

用曲线大窗口平滑散斑条纹图的方法研究

提出一种计算条纹方向的简单算法,以及通过条纹方向图获得沿条纹方向的曲线窗口并对散斑条纹图进行曲线大窗口滤波的方法．实验表明此方法较好地消除了散斑条纹图的噪声,同时尽量减小了对条纹结构的损害．为从单幅散斑条纹图中应用条纹中心线法或全灰度法进一步提取相位场的后处理,奠定了良好的基础．     

光测条纹图处理中免除噪声的正则化条纹法

在光测条纹图自动处理研究领域内有许多不同种类的处理方法,免除噪声的正则化条纹法,或称纯条纹灰度法,是有效的方法之一。本文综述了作者提出的免除噪声正则化条纹法的原理和多种方法。然后对广义旋滤波进行了改进,用于消除 Ｅ Ｓ Ｐ Ｉ图的散斑噪声,并且不损害条纹信号分布。实验表明本方法具有良好的结果和前景。     

一种通过条纹方向图提取散斑条纹中心线的方法

在光测力学中,如何从单幅散斑干涉条纹图中消除散斑噪声,高精度自动提取相位信息,是一项较困难的工作。本文提出了一种计算条纹方向的简单算法,以及通过条纹方向图提取散斑条纹中心线的方法。实验表明此方法对高噪声的散斑条纹图非常有效。     

光绘:自由开源的数字散斑图像生成和评价软件

生成数字散斑图像以及对应的变形图像是数字图像相关研究的基础,然而至今仍然缺乏功能齐全、操作简单、界面友好的专业散斑生成和分析软件;研究者需要自行实现相关算法,不仅费时耗力,也增加了出错的可能性。本文发布了一款自由开源的数字散斑图像生成和评价软件:《光绘》。该软件具有散斑图生成、变形图生成、散斑质量评价和散斑图案推荐等功能:可以生成椭圆、多边形和高斯散斑;可以渲染平移、拉伸/压缩、旋转、正弦、高斯和剪切带等变形模式的变形图;可以计算散斑占空比、散斑尺寸、系统误差和随机误差等关键散斑质量评价参数;可以根据工况生成矢量格式的推荐散斑图案。本文提出向后映射初值快速估计算法和散斑图预渲染技术实现了变形图的实时渲染显示,并使用积分图像技术大幅提升了灰度梯度平方和的计算效率。该软件不仅可用于数字图像相关的学术研究和工程应用,也可服务于实验力学的教学工作,具有广阔的应用前景。     

A new interferometric method for vibration measurement by electronic holography

Electronic holography is a well-established technique used in real-time, non-contact, whole-field displacement measurements. When using the real-time, time-averaged method for vibration measurments, the quantitative interpretation of dense fringe patterns is difficult because of speckle noise. Even when speckle-reducing procedures are used, such as multiple-frame averaging or rotation of the illumination beam, the remaining speckles and decreasing visibility of higher-order Bessel fringes are serious limitations. The primary objective of this paper is to present a new realtime, interferometric method for mechanical vibration measurements and the associated quantitative interpretation. The fringe pattern obtained by this method is quasi-binary and half as dense as in the time-averaged method. The method greatly improves the overall visibility (contrast, resolution) of vibration fringe patterns without any sacrifice in the real-time capabilities. Quantitative fringe interpretation is straightforward and based on binary fringe tracking. It allows quantitative measurements in situations where the time-averaged fringe processing fails.     

频率向导的单幅散斑条纹图位相提取方法

提出一种基于条纹频率向导的单幅散斑条纹图位相提取技术,可对一般的散斑条纹图进行自动化位相提取. 该方法利用加窗傅里叶运算求得散斑条纹图的条纹频率,并在条纹频率的向导下对散斑条纹图的位相进行提取. 数值模拟和实验结果证实了这一方法的有效性.      

全息干涉条纹图的计算机自动处理与识别

本文应用数字图象处理与识别技术在IBM-PC/AT微处理计算机图象处理系统上对复杂的全息干涉条纹图进行了自动分析,文中采用二维灰度值检测的方法获取条纹的准峰或谷值二值图形,然后通过细化得到条纹中心,提出了用记忆跟踪算法自动去除毛刺和噪声线段.在用光标进行人机对话标定零级条纹后,可自动识别出其它整数条纹级数.分数级条纹级数可在整数级条纹数据之间进行线性或非线性插值得到.最后给出了全息条纹图分析的实例.     

Frequency modulation interpretation of fringes and computation of strains

Phase modulation is a traditional model for the interpretation of fringe patterns that provide displacement information, moiré, holographic interferometry, and speckle techniques. An alternative interpretation of the fringes is to consider them as frequency modulated signals. This change of interpretation has profound practical consequences if the space-frequency representation of signals is applied. The utilization of the energy representation of a signal in the coordinates-frequency space provides powerful procedures to retrieve strains distributions directly, from fringe patterns without resorting to differentiation of the displacements. This approach also simplifies the determination of displacements replacing unwrapping procedures by integration of the strains, a robust operation in the presence of noise. The Gabor transform, wavelet transforms, and quadratic representations of the energy of signals are tools that are available to carry out the practical implementation of this approach to fringe processing. This paper extends to two dimensions the methodology developed for one dimension in a previous paper. This paper was presented, in part, at a symposium honoring Dr. Christian P. Burger,Novel Applications of Experimental Methods in Mechanics, held at the 2003 SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics June 2–4, Chartotte, NC.