大型结构变形实时摄像测量方法

本文对实时测量大型结构静力变形实验中如何应用摄像测量方法展开研究。针对实时摄像测量的两个主要难题研究解决方法,即图像特征点自动提取和多像机图像特征点自动对应。通过在待测结构表面粘贴LED发光灯或使用激光光栅投影做为合作标志点,提出NNLOG(normalnized negative laplacian of gaussian)算子用于图像上合作标志点的实时提取与跟踪;根据多摄像机约束关系,构造对极几何约束代价函数,解决多像机图像特征点之间的对应问题。设计实现了精度实验,表明位移测量误差小于1mm,相对误差小于1%,基于本文方法实现的测量系统已应用于某型飞机静力变形实验。     

基于Harris角点检测的位移测量算法

在力学实验中,位移和应变的测量是最基本任务之一。本文提出了一种基于Harris角点检测的位移测量算法。通过检测变形前图像的角点,然后利用光流跟踪技术在变形图像中搜索其匹配点,最终计算得到位移值。算法对图像采用网格划分方式进行计算,达到了全场测量的目的。实验结果表明,该算法位移测量精度高、稳定性好,可作为基于图像处理的无损测量方法。     

基于体视显微镜的测量系统标定研究

微观三维变形测量系统在工程上有广泛的应用。本文构建了体视显微镜双相机微观图像采集与测量系统,可以实现对微小物体形貌、位移、变形的全场测量。微观三维变形的测量精度与成像系统的畸变模型存在密切的关系。本文采用了考虑多种不确定情况的畸变模型,能很好地表达体视显微镜测量系统的成像误差,并设计了点阵式标定模板和精密的平动平台,实现了基于Tsai标定的自动标定算法。实验表明,体视显微镜测量系统可以在各种放大倍数下稳定工作,标定的精度得到很大的提高,并给出了在不同放大倍数下对规则圆柱体的形貌和直径的测量结果。     

《实验力学》2007年（第22卷）总目次

不同温度下橡胶的动态力学性能及本构模型研究………………………………………王宝珍,胡时胜,周相荣(1,1)基于图像的主动脉弓运动和变形参数自动跟踪测量方法………………………刘丹,张小军,丁秋芳,李晓阳(1,7)钢框架边节点抗火性能的试验研究……………………………………李晓东,董毓利,高立堂,王卫永,靳乐(1,13)软材料和松散材料SHPB冲击压缩实验方法研究………………………………刘飞,赵凯,王肖钧,任辉启(1,20)单室受火对双层双跨组合钢框架抗火性能的影响…………………………………………………董毓利,李晓东(1,27)基于OAET和HHT…     

不同激励下基于边缘检测方法的多根拉索振动频率的同步测量

本文将边缘检测方法应用于拉索振动的多点测量,开展了人工激励和环境激励两种状况下的拉索振动测量实验,探究了不同测点位置对测量结果的影响.通过比较不同测点位置的实验结果,确定了拉索在不同激励状态下的最佳测点,并基于最佳测点对多根拉索进行同步测量,进一步提高了测量效率.同时,将边缘检测方法测量结果与传感器数据进对比,结果显示...     

Markowitz投资组合模型改进的三帧差分法运动目标检测

移动机器人的目标检测要求其对特定的静止或运动物体进行运动分析及检测。以Voyager-III移动机器人系统为研究对象,实现非理想光照下,对橘红色目标足球的运动检测。提出在传统三帧差分法基础上,先利用Markowitz投资组合模型进行足球目标的特征提取,将场地非感兴趣的目标中,出现全部像素值发生变化的目标去除,再进行图像帧间差分。利用CCD摄像机对比赛环境中足球的运动轨迹进行录制,选取具有代表性的各帧视频图像、Markowitz算法优化后的差分图像和跟踪图像,结果表明跟踪图像不含非目标物的干扰,克服了差分图像存在空洞的问题,为移动机器人提供了一种实用的运动目标检测方法。     

基于可见光与红外图像特征融合的目标跟踪

针对单一图像源下目标跟踪精度不高的问题,利用跟踪状态下的目标存在于可见光与红外图像中的特征对连续自适应均值移动跟踪算法做出改进。首先选取可见光图像的“颜色梯度背投影”作为改进的目标模型,选取红外图像的“灰度梯度背投影”作为改进的目标模型;然后根据可见光序列图像和红外序列图像各自进行连续自适应均值移动跟踪算法得到的对应的qi系数判定两种图像跟踪的效果,对两种图像的权重进行自适应调整,得到这两种图像的特征级融合图像和跟踪结果。实验结果表明,对于320像素×240像素的可见光和红外图像,基于可见光与红外图像特征融合的目标跟踪算法在复杂背景下能够较准确的跟踪目标,目标跟踪精度为0.5像素,跟踪速度为30~32 ms/帧。     

Ⅰ型焦散线图象的微机自动处理

根据焦散线的原理,分析了Ⅰ型焦散线实验图象的特点,提出确定图像中焦散线位置的准则。基于此准则的微机图象处理,可自动精确测量Ⅰ型焦散线的最大直径。     

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。     

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果.首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置.而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过...     

昆虫自由飞行参数的双棱镜虚拟双目测量

通过像机前加一个双棱镜实现单像机的虚拟双目拍摄,根据立体视觉原理可以获取空间点三维信息,该装置被用于测量昆虫自由飞行运动参数。如果双棱镜和像机摆放得当,可以简化立体视觉测量中对应点匹配这一最难步骤。实验获得了蜻蜓直飞过程中的一系列运动参数,将这些参数结合起来考察对于研究昆虫飞行机理非常有意义。特别地,我们对昆虫飞行中翅膀的柔性效应进行了初步讨论。     

Digital Image Correlation with Self-Adaptive Gaussian Windows

A novel subpixel registration algorithm with Gaussian windows is put forward for accurate deformation measurement in digital image correlation technique. Based on speckle image quality and potential deformation states, this algorithm can automatically minimize the influence of subset sizes by self-adaptively tuning the Gaussian window shapes with the aid of a so-called weighted sum-of-squared difference correlation criterion. Numerical results of synthetic speckle images undergoing in-plane sinusoidal displacement fields demonstrate that the proposed algorithm can significantly improve displacement and strain measurement accuracy especially in the case with relatively large deformation.     

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．     

Particle relaxation and its influence on the particle image velocimetry cross-correlation function

A study of some aspects of tracer particle responses to step changes in fluid velocity is presented. The effect of size distribution within a seed material on measured relaxation time is examined, with polydisperse particles of the same median diameter shown to possess a significantly higher relaxation time than their monodisperse counterparts when measured via a particle image velocimetry algorithm. The influence of a shock wave–induced velocity gradient within a PIV interrogation window on the correlation function is also examined using the noiseless cross-correlation function of Soria (Turbulence and coherent structures in fluids, plasmas and nonlinear media. World Scientific, Singapore, 2006). The presence of a shock is shown to introduce an artificial fluctuation into the measurement of velocity. This fluctuation is a function of the shock position, shock strength, spatial ratio and particle distribution. When the shock is located at the middle of the window, the magnitude of the fluctuation increases monotonically with increasing spatial ratio, increases asymptotically with shock strength, and decreases for increasing particle polydispersity. When the shock is located at the left-hand edge of the window, the magnitude of the artificial fluctuation is highest for intermediate spatial ratios, going to zero at infinitely high and low values. In this instance, particle polydispersity acts to increase the magnitude of fluctuations in measured velocity. In both cases, particle polydispersity serves to broaden the PDF of measured velocity. For the cases presented herein, with a shock located within the interrogation window, the root mean square of the artificial velocity fluctuations reaches values in excess of 30% of the freestream velocity.     

发动机叶片扭转和弯曲变形同步测量新方法

扭转和弯曲变形测量可以确定叶片弯扭变形耦合的特征,为叶片弯扭耦合分析提供可用的试验手段。本文提出了一种发动机叶片扭转和弯曲变形同步测量的新方法,其中,扭转角度测量方法能更加灵活地应用于测量叶片类形状不规则构件的扭转变形,而弯曲变形测量方法解决了叶片变形方向未知且存在弯扭耦合时的叶片变形测量问题,从而可实现对叶片截面扭转和弯曲变形的同步测量。对上述测量方法进行了专门的验证试验,结果表明:与传统方法测量结果相比,扭转角度测量偏差小于1%,挠度测量偏差小于2%,满足工程测量精度要求。     

成像光路布置对数字相机热致测量误差影响规律的研究

研究了数字相机成像系统中物距和成像系统固定方式两个因素对相机自发热导致的图像变形误差的影响规律,通过分析得到了热致图像"虚变形"与物距的倒数关系并进行了实验检验。推导了固定位置位于镜头上时图像"虚变形"的表达式并进行了实验验证。研究表明,无论是成像系统的固定点位于相机上还是镜头上,自发热都会使得图像发生一个虚的膨胀变形,其大小与镜头接口的热膨胀参数和像距有关。本研究得到的模型和规律为指导实际光测力学应用中的光路布置以减小数字相机自发热导致的测量误差提供了理论依据。     

平潭跨海大桥防船撞拦阻系统阻拦效能实验研究

本文介绍了一种新型的桥梁防船撞拦阻系统,以及该系统应用于平潭跨海大桥时所进行的实船拦阻实验。该防船撞拦阻系统由浮体、限载式拦索及锚链等组成,可以在船舶驶入时自动翻转并通过拖曳损耗船体动能最终保护桥梁安全。针对实船实验较为恶劣的环境,利用单目视觉测量技术,通过高速影像记录、数字图像处理及力学模型分析得到了实验船在受阻拦条件下的运动及受力,进而评估船舶进入阻拦区后阻拦系统的工作过程及工作效能。实验结果表明该技术能有效地对桥梁进行撞击防护。     

A three-dimensional deformation analysis of workpieces grasped by chucks

This paper deals with a three-dimensional deformation analysis of workpieces mounted in fixtures, where the workpieces are finite solid cylinders. The analysis is carried out using a three-dimensional theory of elasticity, where clamping forces caused by chucks are regarded as an axi-asymmetrical load. In numerical calculations, the effects of a number of chuck jaws, the diameter of workpieces and the grasping area on the roundness of the workpieces are shown. For verification, a three-dimensional photoelastic experiment is performed. In addition, the deformation of workpieces is measured by an electric comparator and by holography. The analytical results are satisfactorily consistent with the experimental results.Paper was presented at the 1988 SEM Spring Conference on Experimental Mechanics, held in Portland, OR on June 5–10.     

基于统一强度理论抗滑桩桩间距的计算

在已有抗滑桩桩间距研究的基础上,对桩间土拱进行受力分析。从侧阻力条件和土拱强度条件两个方面对抗滑桩桩间距进行了计算,将统一强度理论引入土拱强度的分析,藉此分别判断拱顶前缘、后缘及拱脚处土体是否处于临界状态,可得3个桩间距值,取相应的最小桩间距作为设计桩间距。此方法对于滑坡推力的矩形、三角形和梯形分布形式均适用,并可考虑土体自重应力的影响,同时可推及锚索抗滑桩桩间距的计算。对两个计算实例进行了分析,本方法的计算值与已有计算值或设计值的比较表明本方法效果良好。具体计算中统一强度参数b取0.2~0.7较为合适,滑坡推力为矩形分布时b值约为0.3,滑坡推力为三角形分布时b值约为0.6,滑坡推力为梯形分布时b值介于两者之间。     

Simulation of soil compaction with vibratory rollers

The combination of a vibratory roller and soil represents a closed-loop system. For the reactions of this system, differences between reasons and effects cannot be stated separately. By means of modelling and simulation, the vibrating behaviour as well as the compaction effect of vibratory rollers is investigated. For the representation of the interdependencies between roller and soil during compaction a calculation model is developed, consisting of two models. One is an analytical model for the roller and the other is a model which describes the qualities of the soil, relevant to compaction. When defining the mathematical model, the non-linearities of roller motion and ground deformation are considered through a distinction between bounce and contact operation as well as between elastic and non-elastic ground deformation. Simulation results verify that the calculation model for the roller/soil system is suitable for mathematically determining the vibration behaviour and the compaction effect of the roller. The simulation accordingly permits the computer-based trial of closed loops to optimize automatically the constructional and operational roller parameters. Furthermore, the quality of goal-directed design of vibratory rollers can be enhanced before prototypes are built. Expensive iteration loops between design and experiment can, therefore, be avoided.