数字散斑干涉三维变形测量技术研究进展

三维变形可以转换为应力/应变分布,是材料性能测试和结构可靠性分析的关键参数。在众多三维变形测量技术中,数字散斑干涉技术可以高精度地测量三维变形信息,在航空航天、汽车、先进制造、土木工程和生物医学等行业发挥着十分重要的作用。从散斑干涉基本原理出发,详细介绍了几类三维变形散斑干涉测量技术,并分析比较各类方法的优缺点;同时介绍了散斑干涉三维变形测量技术的国内外研究进展和最新应用;最后展望了散斑干涉三维变形测量技术在动态同步测量、测量系统简化以及应用范围扩宽等方面的发展趋势。     

相位调制数字散斑干涉术

提出一种可绕Ｚ轴转动的粗糙平板（参考物体）实现相位调制，该方法在不改变电子散斑干涉术（ＥＳＰＩ）或数字散干涉术（ＤＳＰＩ）系统装置的情况下，可用于微小离而位移场（例如最大离面位移为λ）的测量，以及复杂形变的离面位移场的自动测量。     

数字散斑干涉术物体形变测量

基于数字散斑干涉术测量物体形变的原理,研究了物体面内位移及变形的测试技术.采用电荷耦合器件记录变形前后的两幅散斑图,取代传统散斑干涉术中的记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的繁琐的化学湿处理过程.分别用菲涅尔散斑和像面散斑方法获得散斑干涉图,用相减技术得到含有物体形变信息的散斑干涉条纹.设计高斯低通滤波器,对干涉条纹进行处理,提高了干涉条纹的对比度.提出扫描条纹中心行方法,由条纹中心行一维位相分布获得一维物面变形,实现了散斑干涉条纹的自动判读.试验表明,该方法简洁且实用.     

偏振相位偏移电子散斑干涉术及其应用于变形测量

本文叙述了一种用于测量漫射表面变形的使用偏振相位偏移技术的电子散斑干涉术.由于采用共光路光学相位偏移技术,因而具有较高的稳定性;用计算机图像处理可精确地获得相位图;用去包裹技术(unwrapping)可直接得到表面变形的精确数据.     

用于三维测量的快速相位解包裹算法

减少条纹投影轮廓术的条纹图数量一直是本领域的研究热点。传统的时间相位解包裹算法,一般需要额外的条纹信息来确定条纹级次,导致条纹图数量过多。提出一种用于三维测量的快速相位解包裹算法,只需要N步标准相移正弦条纹图,就可以完成绝对相位的计算。首先,利用标准相移算法计算包裹相位和消除背景的掩膜;然后,直接利用包裹相位和掩膜,根据连通域标记算法计算条纹级次,进而求得绝对相位。该方法最少只需3幅条纹图,就可以完成三维测量,数据处理速度快。计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

在电子散斑干涉中利用反相位法进行三维变形测量

提出一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移计算方法。在双光束电子散斑干涉系统中增加一路参考光,使这一路参考光为两光束所共用。两束光各自独立地对变形物体进行测量,分别计算相位分布,并对其中之一进行反相位计算。理论分析表明,对二路检测光所得到的相位进行相减运算,就能够较好地减少电子噪声的影响,分离面内位移场与离面位移,实现物体变形的三维测量。介绍该方法的原理,并利用典型实验证实了该方法的可行性。     

三维时域散斑动态干涉测量系统的集成化设计

三维电子散斑干涉技术（3D ESPI）具有非接触、高精度、高灵敏度和全场测量等优点,被广泛应用于许多领域。为了实现非接触动态全场三维测量,设计并建立了一个紧凑、完备的三维测量系统。用一个多波长光纤耦合激光器代替3个独立光源,产生的离面、面内散斑干涉图仅用一台彩色CCD相机就能捕捉和处理;整个测量系统采用笼式结构,具有高度的灵活性和稳定性;对基于小波变换的相位展开算法进行了编程,实现了被测物体三维位移信息的完整提取。实验证明该测量系统可以实时获取被测物体的三维位移,在测量实验中,获得的三维位移值17.68 μm、36.23 μm、13.85 μm,相比于实际位移值18.1 μm、36.4 μm、14.0 μm它们的绝对误差分别为0.42 μm、0.17 μm、0.15 μm,相对误差分别为2.3%、0.5%、1.1%。     

数字散斑干涉形变测量中基于多CCD的相位拼接

在数字散斑干涉测量中,对于给定尺寸的CCD,很难在不影响形变测量横向分辨率的情况下扩大视野.针对该问题,提出了一种在不影响横向分辨率的情况下拼接多个子图像相位以扩大视野的方法.设计并搭建了一套多CCD实验装置来获取多个子图像.利用重叠区域解包裹后的相位图估计相邻子图像之间的相对位置并补偿相位偏差,实现正确的相位拼接.为...     

相移数字散斑干涉计量及其在热变形测量中的应用

本文首次将相移数字散斑干涉技术应用于热变形的测量中,采用数字图象处理技术,获得了高精度的相位图及位移图。分析了影响精度的因素,详细讨论了两种相位算法的优劣。     

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。     

基于CT的数字体散斑法测量物体内部三维变形场

提出了用于测量物体内部三维变形场的数字体散斑(DVSP)法。利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描共焦显微镜(LSCM)或光学相干断层成像术(OCT)获取具有散斑特征的物体变形前后的三维立体图像,将其分别分割成若干具有相同尺寸的子块体,对相对应的子块体进行第一步三维快速傅里叶变换,在频谱域进行数值干涉得到合成谱,对合成谱进行第二步三维快速傅里叶变换,得到含位移信息的扩展脉冲函数,通过求取峰值位置得到子块体的位移矢量,对所有变形前后相对应的子块体逐一进行上述两步三维快速傅里叶变换,就可以求出所有子块体的位移矢量,从而获得物体内部三维变形场。利用模拟生成的三维散斑体图像,通过数字实验,分析了散斑尺寸、数目、子块体尺寸、图像对比度和亮度对DVSP法精度与准确性的影响。利用DVSP法测量了红砂岩单轴压缩内部的三维应变场,由位移场及应变场分布可直观地揭示试件内部变形特征。     

倾斜相移闭合干涉图的非迭代相位提取方法（英文）

针对带倾斜相移误差的闭合干涉图,提出一种非迭代的高精度相位提取方法.该方法用傅里叶变换估计闭合条纹的相位,并用图像分割校正相位的符号,然后利用Zernike多项式拟合确定倾斜相移量,最后用最小二乘拟合得到高精度相位.数值模拟结果表明:该方法的相位提取误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数为4.5时,倾斜相移的估计误差为0.37%.实验结果表明该方法的残余误差均方根值为0.121 7rad.该方法精度高,且无需迭代计算,可应用于相移干涉测量.     

基于数字全息干涉术的液相扩散过程可视化（英文）

提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.     

旋转锥镜散斑剪切术测量动态扭率和斜率

采用旋转锥镜技术，进行激光散斑剪切照相，测量变形物体的动态扭率和斜率，拍摄一幅散斑图可获得扭率和斜率动态变化的全过程。     

基于CT的数字体散斑法测量物体内部三维变形场EI北大核心CSCD

提出了用于测量物体内部三维变形场的数字体散斑(DVSP)法。利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描共焦显微镜(LSCM)或光学相干断层成像术(OCT)获取具有散斑特征的物体变形前后的三维立体图像,将其分别分割成若干具有相同尺寸的子块体,对相对应的子块体进行第一步三维快速傅里叶变换,在频谱域进行数值干涉得到合成谱,对合成谱进行第二步三维快速傅里叶变换,得到含位移信息的扩展脉冲函数,通过求取峰值位置得到子块体的位移矢量,对所有变形前后相对应的子块体逐一进行上述两步三维快速傅里叶变换,就可以求出所有子块体的位移矢量,从而获得物体内部三维变形场。利用模拟生成的三维散斑体图像,通过数字实验,分析了散斑尺寸、数目、子块体尺寸、图像对比度和亮度对DVSP法精度与准确性的影响。利用DVSP法测量了红砂岩单轴压缩内部的三维应变场,由位移场及应变场分布可直观地揭示试件内部变形特征。     

相位测量轮廓术中结合几何标定的非线性校正（英文）

提出了一种嵌入到常规几何标定过程中的非线性校正算法。该方法通过相位获取投影图案与拍摄图像对应点之间的亮度关系,进而确定系统的非线性亮度响应。该算法在几何标定进行的同时,无需调整系统设置或投影额外的结构光图案,直接导出用于非线性预补偿的灰度查找表。实验结果表明,校正后的相位误差比校正前减少了约95%。     

用于静态和动态平面内位移测量的剪切束电子斑纹图干涉术的相移和载波技术

报道了一种新颖的用于平面内位移测量的相移和载波技术。在剪切束电子斑纹图干涉度量术中，照明光束由棱镜分为两个波前，棱镜的侧面移动将引入相移。在棱镜后加一小角光楔，则光楔的转动产生载波条纹。棱镜或光楔的转动可由机械或电学机构精密控制。形变信息由数字图像处理算法，相位迭代和傅里叶变换法给出。文中介绍了理论及其实验演示的结果     

用于静态和动态平面内位移测量的剪切束电子斑纹图干涉术的相移和载…

报道了一种新颖的用于平面内位移测量的相移和载波技术。在剪切束电子斑纹图干涉度度术中，照明光束由棱镜分为两个波前，棱镜的侧面移动将引入相移。在棱镜后加一小角光楔，则光楔的转动产生载波条纹。棱镜或光楔的转动可由机械或电学机构精密控制。形为信息由数字图像处理算法，相位迭代和傅里叶变换法给出。文中介绍了理论及其实验演示的结果。     

H~++CO_2散射在30电子伏能量下电荷转移和非电荷转移的非绝热分子动力学模拟（英文）

在大气化学、天体物理学和癌症质子疗法中都涉及到高能H++CO_2散射反应.本文在最简电子-核动力学(SLEND)基础上系统研究在30 eV下的H~++CO_2散射.SLEND用经典力学描述核,用单行列式Thouless波函数描述电子.本文模拟了CO_2在42个取向共3402条轨线,为理解H~++CO_2散射中的各个反应过程和机制提供了系统描述:非电荷转移散射(NCTS),电荷转移散射(CTS)和C=O双键的断裂,这些关于反应的有用信息不能完全从实验中获取.本文提供了散射的详尽细节,包括随CO_2取向不同主彩虹角和次彩虹角的出现和合并.SLEND NCTS和CTS的微分散射截面通过高等半经典方法计算,显示NCTS散射截面对所有散射角都同实验符合得很好,而CTS散射截面只大散射角时同实验结果符合得很好而在小角散射时稍差.无论是CTS还是NCTS SLEND都预言了主彩虹角的特征,这同实验完全一致.