电子剪切散斑在检测材料缺陷中的应用

随着电子技术、计算机技术的飞速发展,传统的全息干涉技术已经发展到了电子散斑和电子剪切散斑阶段。电子散斑和电子剪切散斑不仅可以完成表面变形量的测量,并且由于它们具有实时性、高灵敏度、非接触性和全场测量等优点,在工业和科研领域中得到了越来越广泛的应用。本文首先介绍了电子剪切散斑干涉的基本原理,然后着重介绍了自行编制的对离面位移的电子剪切散斑图像进行处理的系统。该图像处理系统的主要功能有平滑、区域标记、像素统计等。用该系统对图像进行处理后,可以直接得到缺陷的实际大小。通过对带有已知缺陷模型的实际测量,所得结果与实际吻合较好,说明该图像处理系统是可行的。     

基于形态学预处理的数字图像相关方法研究

当利用数字图像相关方法计算含孔洞结构空边的位移与应变时,往往需要消除孔洞中的背景噪声,以减小对边缘计算的影响。在边缘检测过程中,散斑边缘和孔洞边缘的灰度梯度均呈突变特征,常会出现误将散斑边缘错判为小孔洞边缘的情况。本文提出一种基于形态学填充的图像预处理方法,该方法利用形态学操作填充散斑空隙,可避免将散斑图像边缘错误检测为小孔洞图像边缘。该方法仅对孔洞内部背景噪声等无效区域进行标记裁剪与图像分割。通过数值图像模拟与3D打印试件拉伸实验,验证了该方法对孔洞边缘测量的精度。实验结果表明,基于形态学填充的图像预处理方法能够有效消除孔内背景噪声的影响,并在相关函数计算过程中避免非散斑区域的参与。     

一种单相机测量三维运动轨迹的方法

论文提出了一种基于交汇式双目视觉模型的单个CCD相机三维立体测量方法.在CCD相机前放置两面成一定夹角的平面镜,通过一次拍摄,得到两幅存在视差的图像,该图像相当于相机在平面镜中两个虚拟相机对目标从不同角度拍摄所得到图像,根据双目视觉原理可实现三维立体测量.详细介绍了实验系统的布置方法,建立了三维坐标计算的数学模型,对系统的内外参数进行了标定.测量了静态物体的形态和尺寸,验证了系统的可行性与可靠性.并对运动物体进行了动态测量,通过视频记录物体两个虚像的平面运动图像序列,计算还原了物体空间的三维运动轨迹,并应用误差理论对实验误差进行了分析.     

散斑运动规律及散焦散斑测量

当激光照明物体漫反射表面时,整个空间里形成了随机分布的散斑场,称为客观散斑场;如通过透镜成像,则在透镜后面的空间里也形成了随机分布的散斑场,称为主观散斑场.这些散斑随物体运动而运动,其运动规律是散斑干涉计量的基础.1.散斑运动规律为了导出散斑运动规律,取一个微小面元进行分析.在面元上建立坐标系(O-xyz),     

远程多点三维实时运动测量仪

基于图像和视觉的非接触运动跟踪是目前光测力学中一个活跃的研究领域,在科研和工程测量方面都得到了广泛的应用.本文基于立体视觉原理介绍了一种远程多点三维实时运动测量仪,该系统由2个可独立工作的测量站构成,每个站具备完整的高速图像采集、距离测量、姿态感知、运动控制和数据处理功能.为了实现远程测量,站点之间通过网线或者无线传输...     

桥梁结构水下基础表观缺陷立体视觉检测试验

针对桥梁结构水下基础表观缺陷检测实际需求,提出立体视觉表观缺陷检测方法。采用SIFT算法完成表观缺陷图像特征提取与匹配,选用MATLAB编译立体视觉表观缺陷检测评定软件,集成桥梁结构水下基础表观缺陷立体视觉检测系统。使用该系统在实验室环境完成水及空气两种环境下混凝土剥落、裂缝及楔槽三种缺陷的检测对比试验,得到每种混凝土试块表观缺陷在不同环境下的检测结果。试验结果表明,立体视觉表观缺陷检测方法能准确评定表观缺陷几何尺寸,从而验证了该方法用于桥梁结构水下基础表观缺陷评定的实用性及可行性。     

数字散斑剪切干涉及偏转平台法相移系统研究

在传统的剪切电子散斑干涉中 ,直接观测到的是干涉条纹图样。因此 ,如何将位移导数场的定量信息从剪切电子散斑干涉条纹图案中提取出来 ,一直是人们关心的问题。本文运用传播光矢量对数字散斑剪切干涉的条纹形成作了理论解释 ,使其物理意义更加清晰。理论分析表明 ,物体的微小偏转可引入线性附加位相。因此 ,通过连续偏转物体可实现剪切电子散斑干涉的相移。本研究通过计算机控制载物平台的精细旋转实现相移 ,结合传统的数字散斑剪切干涉技术以及四步相移算法 ,实现了数字剪切散斑干涉相移系统。利用该系统进行了中心加载、周边固定的圆盘的典型实验 ,实验结果表明该系统可以方便有效地提取出位移导数场的定量信息。     

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量

基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数.作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数.结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法.这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径.     

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。     

散斑图像相关数字技术原理及应用

研究图像处理技术在散斑测量中的应用，提出了一种散斑图像相关数字技术，该方法引进了亚像素技术，采用重心算法计算特征斑的重心，避免了数字散斑相关法计算相关系数的繁复过程；应用位移和应变的有关公式，可以获得物体变形实验曲线，实验结果表明，该方法在工程实际现场、振动过程以及变形测量的自动化等方面有着广泛的应用潜力，从而为光测力学拓展应用领域、实现自动化测量展现了新的前景。     

用白光散斑法测量位移

在物体表面喷上一层银粉或粘上一层玻璃微珠,形成人工斑化表面。当一束光照射时,银粉或玻璃微珠的颗粒尤如小的点光源,通过透镜所成的物像上形成随机的斑点称为散斑图。这种散斑图是与物体表面状态有关,一旦物体产生变形散斑图也将随着运动。如果在同一张底片上对物体变形前后两个散斑状态作两次曝光,底片就记录了物体变形前后两个散斑图的叠加。物体上有一个暗斑点,位移的暗斑点与原来的暗斑点在底片上形成了两个亮的光孔,相当于一组“双孔”,散斑图上许多有规律的双孔就是白光散斑法测量位移的物理基础。双曝光白光散斑图就是一块随机光栅,利用双孔衍射原理就能得到物体上各点的位移大小和方向。如果采用发光时间可以控制的极短的强烈闪光做光源,对物体变形前及承受动荷载后某一时刻进行双曝光,这时     

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．     

白光数字散斑图像频域自动识别技术——用于逐点分析的数字相移法

提出了一种应用于白光数字散斑图像频域位移测量技术的数字相移方法,利用计算机本身的能力,无需增加任何设备,通过计算机生成的四幅图像进行相移计算,得到逐点分析的条纹的未去包裹图像,从该图像确定位移的方向和大小,实现了白光数字散斑图像的全自动化处理。白光数字散斑方法设备简单,对环境的要求低,无需防振和相干光源,引入本文提出的数字相移技术,由于充分利用了计算机数字图像处理的功能,在未增加任何设备的情况下实现了全自动位移测量,是一种适合工业现场测量的有发展前途的位移测试的技术。     

数字图像相关方法中散斑图的质量评价研究

在利用数字图像相关方法测量物体表面变形时,被测物体表面必需覆盖有灰度随机分布的散斑场,该散斑场作为试件表面变形信息的载体随试件一起变形。在实际情况下,不同的散斑场会显示出完全不同的灰度分布特征,并对数字图像相关方法的测量结果有着重要影响。因此如何定量评价散斑图的优劣是数字图像相关方法中一个重要的基本问题,也是该方法的使用者非常关心的问题。基于最近数字图像相关方法基本理论研究的进展,本文提出平均灰度梯度这一新参数用于散斑图质量的评价。为证实该参数的有效性,本文对五幅明显不同的散斑图进行了精确平移,并将数字图像相关方法测量的位移与预加的平移量进行比较,分析了位移测量结果的均值误差和标准差。结果显示位移测量结果的均值误差和标准差均与散斑图的平均灰度梯度有关,一个好的散斑图应该具有较大的平均灰度梯度。     

散斑图像相关数字技术在薄壁钢管混凝土长柱变形测量中的应用

薄壁钢管混凝土构件作为新发展的组合构件,对其研究具有非常重要的意义。文中首先介绍了散斑图像相关数字技术的基本原理,然后给出了变形计算公式。为弥补传统测量方法的不足,在薄壁钢管混凝土长柱偏压破坏实验中,引入了散斑图像相关数字技术,对长柱跨中截面的全过程变形(位移)进行了测量,并对测量结果进行了分析与讨论,同时还与传统测量方法所得结果进行了对比分析。实验结果与分析表明:该方法具有较高的精度和工程可用性,可克服传统测量方法中的一些弊端,且对实验设备和测量环境要求不高,很适合现场非接触测量。     

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.      

基于视觉测量的应变片空间定位及应用

在大型航天结构舱段试验中，通常需要粘贴大量的应变片来获取结构的应变测试数据。为了能够准确定位结构舱段上的应变片位置，本文研究了基于单目视觉测量技术的应变片空间坐标重建方法。该方法采用一台单反相机，从不同视角连续对构件进行拍摄，获得一组包含圆环编码点和应变片的图像序列；通过检测编码点图像坐标，构建相邻帧之间的匹配关系，然后基于相对定位原理估计相机姿态信息；再利用深度学习技术提取图像中的应变片坐标，结合估计的姿态信息对提取的应变片进行立体匹配，并且采用三角测量方法重构应变片空间坐标，从而实现应变片的三维定位。利用所研究的方法，分别对铝质平板和圆筒上粘贴应变片的三维坐标、碳纤维标尺的长度进行了定位。定位结果表明，该方法的重复定位精度优于0.05mm,三维点距离测量精度优于0.1mm。     

基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法

本文针对目前偏振视觉定向难以满足三维空间内运动水平姿态变化时的定向需求、动态适应性差以及微惯性系统漂移大的问题,提出了一种基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法。首先,为了减少偏振测量噪声,利用标准大气Rayleigh散射模型,给出了一种基于大气偏振视觉图像的太阳矢量优化估计算法;其次推导了基于卡尔曼滤波的微惯性/偏振视觉组合定向算法,该算法利用微惯性信息对偏振视觉定向进行水平角补偿,可以获得三维空间内的运动姿态并且动态性能高;最后进行了飞行仿真与车载实验验证。实验结果表明,融合微惯性信息补偿水平姿态与组合滤波后,车载航向误差不随时间累积且均方根误差仅为0.75°,与偏振视觉定向相比,定向精度提升可达60%以上。同时在不增加偏振图像计算量的基础上,将定向输出频率从1 Hz提高至100 Hz,显著增强了偏振视觉定向的动态适应性,具有较大的应用前景。     

双目视觉技术在高超声速颤振风洞试验中的应用

以验证高超声速颤振风洞试验技术为目标,为了获取试验模型在风洞流场激励下的位移形貌,运用风洞试验的方法研究了某翼面模型的颤振特性。采用一种基于双目视觉系统的试验方法,系统主要由CCD相机、图像采集卡和控制计算机组成,通过立体视觉标定和数字图像处理技术解算出模型变形的形貌。试验结果表明,该方法应用成功,与CFD/CSD数值计算结果比对良好,验证了该技术在高超声速风洞试验中应用的可行性。     

喷丸镍基合金材料微区残余应力的切槽法测量研究

本文结合聚焦离子束-电子束(Focused ion beam-electron beam,简称FIB-EB)双束系统和真空镀膜工艺,进行微区散斑的制备工艺研究,并将所发展的微散斑制备工艺应用于喷丸镍基合金材料表面制斑,进而结合切槽法进行残余应力高温释放规律的测量研究。在FIB-EB双束系统下记录切槽前后制斑微区的图像,利用数字图像相关法计算切槽后的位移,结合InglisMuskhelishvili理论公式可计算得到残余应力。文中研究了不同温度及保温时间对残余应力释放的影响规律。结果表明,残余应力随保温时间的增长释放速度逐渐减小,最后残余应力趋于稳定值。同时,温度越高,残余应力释放越彻底,800℃下近乎完全释放。该工艺具有适用性好,效率高等优点,可望在材料微区变形测量中得到进一步应用。