单壁碳纳米管力学行为的数字散斑相关法实验研究

通过直接单向拉伸超长单壁碳纳米管束长绳,首次借助高精度数字散斑相关法,并结合显维放大技术,测量了单壁碳纳米管的弹性模量和拉伸强度。试验中观察了单壁碳纳米管束长绳的断裂过程。单壁碳纳米管束长绳通过改进的化学气相沉积技术生成。试验得到单壁碳纳米管的平均杨氏模量为129.0±70.3GPa,平均拉伸强度为1.95±0.56GPa,低于计算值和先前其它文献的试验值。     

基于数字散斑相关法的岩石材料力学性能的测试

岩石在外力作用下会发生形变,发现和了解岩石材料的形变、应力分布等对避免灾害会起到重要的预警作用。采用高精度的数字散斑相关技术,对岩石材料形变、应力和应变进行了非接触式测量。为验证实验结果的有效性,电阻应变计贴附于采集区附近并且实验结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术能够用于岩石等材料的形变检测,预报变形信息,结果可以定量和定性显示。     

数字散斑相关方法亚像素求解的一种混合方法

亚像素求解是数字散斑相关方法(DSCM)中最重要的技术。亚像素求解算法的精度和效率直接影响DSCM的精度和计算速度。目前广泛应用的两种亚像素求解方法在处理高质量散斑图时都存在一定的缺陷:基于灰度插值的散斑场亚像素恢复方法,其计算精度较高,但计算消耗太大;基于相关系数分布的拟合方法,其计算消耗小,但计算精度较低。在分析两种亚像素求解方法各自优缺点的基础上,提出了一种结合两种算法优势的混合算法。混合算法在保证亚像素求解精度的基础上,可以大大降低整个算法的计算消耗。     

频率域数字散斑相关方法的研究

提出一种利用二维快速傅里叶变换（ＦＦＴ）经频率域匹配滤波实现数字相关运算以提取散斑图携带位移信息的频率域数字散斑相关方法。该方法因采取快速傅里叶变换、散斑限幅、滤波器优化等措施而减弱了空间域相关方法中不利因素对相关波峰的影响,提出了相关点定位的时效性和精确性。     

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.     

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。     

斜光轴面内位移测量的数字散斑相关法研究

以工程环境中远距离位移和位移场的光学测量为研究课题,分析了远距离斜光轴成像时,像模糊和成像位置变化对白光数字散斑相关方法产生的影响,给出了这两种影响的误差理论计算公式。提出使用参考测量技术克服斜光轴成像位置变化带来影响,给出一种新的远距离斜光轴高精度测量面内位移的方法,在2～50m处作静载挠度测量,其最大相对误差小于1％,测量精度在实验室环境和工程测量环境中都得到了验证。该方法无需共轴光路的测量环境要求,特别适用于桥梁、高速公路立交桥的静载挠度测量等工程应用。使用高速图像采集卡,该方法可应用于斜光轴动态位移测量,拓展了数字散斑相关方法的应用范围。     

数字散斑时间序列相关三维面形测量方法

提出了一种测量三维面形的新方法,将随机数字散斑投影到参考平面上,深度方向等间距平移参考平面,用CCD提取时间序列散斑参考集R（t)。然后用被测物体取代参考平面,获取物体调制散斑图像O。O中的任意子图像O（x,y)与参考平面簇中对应位置的时间序列子图像R（x,y:t)之间的交叉相关值曲线呈高斯分布,其峰值位置就是被测物点的高度。该方法摆脱了以前数字散斑测量法水平相关思路,是真正的时间序列相关方法,且原理简单,测量精度高,不需要复杂的相位展开和校准过程,特别适用于测量突变面形和空间离散面形,根据测量结果的误差特征,提出了相关值加权邻平均插值算法,能得到比邻平均算法更好的测量结果。     

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。     

数字散斑法在局域剪切带三维变形研究中的应用

在适当的温度、应变率和预变形下,合金材料的拉伸试验中,将会出现伴随应力锯齿形跌落的雪崩式剪切变形带,即波特文-勒夏特利埃(Portevin-Le Chatelier,PLC)效应。利用高速数字摄像系统(分辨力1000 frames/s)并结合数字散斑干涉法(Digital speckle pattern interferometry,DSPI)和数字散斑相关法设计了一套光学变形测量系统,实现了拉伸试验中对试件表面三维变形的实时、精确测量。利用该光学系统对铝铜合金试件在拉伸试验中产生的跳跃传播的局域剪切带瞬态成核过程进行捕捉。通过结合数字散斑相关法得到的面内变形定量结果和数字散斑干涉法得到的表现离面变形的条纹图,再现了剪切变形带成核和传播瞬间的三维变形过程。     

一种改进的数字散斑相关方法用于检测人的口型变化

提出了一种基于数字散斑相关测量技术的口型变化检测技术,该技术以白光数字散斑相关测量方法为基础,根据实际应用的需要,引入重心算法并进行了改进,可以实时地检测人说话时的口型变化。通过实验表明,提出的方法是一种实用的、快速、高精度的口型变化测试方法,可为今后的唇语识别技术奠定基础。     

基于微区统计特性的数字散斑相关测量亚像素位移梯度算法

提出了一种形式简单、求解快速、稳定性好和精度高的用于数字散斑相关方法亚像素位移求解的微区梯度算法。介绍了算法原理,并给出了四种不同模式的算法公式。采用模拟图像,介绍了四种模式在计算时间、计算子窗口时对结果的影响,并对适用范围和求解精度等方面进行了分析对比。最后的计算实例验证了算法的可行性和优越性。     

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。     

Application of an improved subpixel registration algorithm on digital speckle correlation measurement

Digital speckle correlation method (DSCM) has been widely used in experimental mechanics to obtain the surface deformation fields. One of the challenges in practical applications is how to obtain the high accuracy with far less computation complexity. To determine the subpixel registration of the DSCM, a high efficient gradient-based algorithm is developed in this paper. The principle is described and four different modes of the algorithm are given. Based on computer-simulated images, the optimal mode of the algorithm is verified through the comparison of computation time, optimal subset-region size and sensitivity of the four modes. The influences of speckle-granule size and speckle-granule density on accuracy are studied and a quantitative estimation of the optimal speckle-granule size range is obtained. As the applications of this method, the practical deformation measurements with the rigid body translation and rotation as well as an experiment on biomechanics are presented to certify the feasibility and the validity of the algorithm.     

基于条纹等值线相关的散斑条纹图处理新方法

在数字散斑干涉术中,通常由物体变形前后得到的两幅原始散斑场用相减方法来得到条纹图,并由相移后的多幅(三幅以上)条纹图来求取相位场。介绍了一种基于条纹等值线相关的条纹图生成新方法,并在此基础上提出了基于单幅干涉条纹图的相位场提取新方法和基于条纹等值线相关的单步相移新方法。实验结果表明,该方法具有良好的结果和发展前景。     

数字散斑相关方法及其在碳纤维复合材料压力容器变形测量中的应用

提出了一种新的基于图像灰度梯度迭代的数字散斑相关方法(DSCM,digital speckle correlation method)。通过使用DSCM测量碳纤维复合材料压力容器在水压下的局部区域的位移场和应变场,分析了复合材料压力容器的轴向和环向的变形特征,为碳纤维复合材料压力容器的优化设计提供了理论和实验依据。     

基于小波变换的新型数字散斑相关方法

通过将小波分析的方法应用到传统的空域相关计算中,提出了基于小波变换的数字散斑相关方法。详细介绍了该方法的原理,并对传统空域相关方法与小波相关方法进行了实验计算比较。实验结果表明,与传统的空域相关方法相比,基于小波变换的数字散斑相关方法大大提高了相关计算的精度,精度由0 05像素提高到了0 01像素以下。最后利用该方法测量了编织结构复合材料板在三点弯曲载荷作用下的位移场。