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。     

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。     

散斑面内形变场检测系统设计

数字散斑测量是一种非接触、全场测量的高精度光测方法。该系统由散斑生成装置、数据采集装置和数据处理装置三部分组成。散斑生成装置将扩散的激光束投射到待测物体上,用接收屏接收物体散射生成的散斑图像。数据采集装置主要由CCD和数字采集卡组成,CCD拍摄散斑图像,并将其传输给数字采集卡,经采集卡转换成数字图像,以矩阵形式输入到数据处理装置。数据处理装置根据光学相关识别技术设计的检测程序对采集到的数字图像进行相关运算,通过对相关峰的准确定位来获取物体的形变信息。     

数字散斑相关方法实现鼠标定位原理

在激光鼠标工作原理的基础上,利用数字散斑相关方法对激光鼠标的定位原理进行了研究。设计实验得到散斑场并用数码相机拍摄。用图像采集卡采集CCD扫描数散斑图像得到的图像,将图像数字化,分析数据得到了图像最优采样的像素单元和图像位移两个参量。基于两个参量,实验采集散斑图像在一定的轨迹运动下的散斑场,用Matlab软件模拟,并比较分析了实验和模拟结果。结果表明,用数字散斑相关方法可以实现激光鼠标的定位功能,并且分辨力可达到1μm,远高于市场上激光鼠标30μm的分辨力。     

基于卷积神经网络的散斑图像位移场测量方法

提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的数字散斑图像位移场测量方法.采用给定多种变形模式的精确位移场系列数字散斑图像构建数据集,提出了一种数字散斑图像位移场识别CNN模型.模拟散斑图像的验证实验表明,所提方法对随机变形、轴向均匀变形、剪切变形等模式具有良好的计算效率和测试精度.硅胶单轴拉伸验证实验表明,所提方法也可以精确测试真实实验散斑图像位移场并具有较高的计算效率.所提深度CNN能够高效、精确地测试数字散斑图像位移场,在材料变形测试中具有良好的应用前景.     

PBX材料宏细观断裂行为的数字散斑相关法实验研究

 采用半圆盘弯曲实验和数字散斑相关方法,对高聚物粘结炸药（PBX）的宏、细观断裂行为进行了实验研究。宏观上,带有预制裂纹的半圆盘试样发生拉伸破坏,利用数字散斑相关技术得到了试样的应变场和位移矢量场分布,定量分析了试样全场的变形特征,并测得了PBX材料的平面应变断裂韧性;细观上,用配有加载装置的扫描电子显微镜对含预制裂纹的半圆盘试样间接拉伸下的损伤演化和破坏过程进行了实时原位观察,借助于数字散斑相关方法,定量分析了试样损伤局部化特征。结果表明,将数字散斑相关方法用于研究PBX材料宏、细观尺度上的变形破坏问题是有效的。     

非固定相机旋转图像的数字散斑相关计算研究

非固定相机数字散斑相关方法拍摄待测物体表面的目标图像时,所拍摄的目标散斑图像相对于参考散斑图像可能产生位置移动及图像旋转。通过辅助定位的相机标定方法可以计算出被测物体表面与相机的相对位置,但无法获得散斑图像在平面内的旋转角度。数字散斑相关方法对图像旋转较为敏感,随着旋转角度的增加,目标子窗口与参考子窗口的相关性迅速降低。研究图像旋转角度对数字散斑相关方法计算精度的影响,分析相关性随旋转角度降低的原因。对相关搜索方法进行相应的改进,在搜索目标子窗口时增加对子窗口旋转角度搜索,在计算参考图像中子窗口位移量的过程中,同时计算了其旋转角度,从而降低图像旋转的影响,提高数字散斑相关方法的计算精度。     

基于梯度的数字体图像相关方法测量物体内部变形

数字体图像相关方法通过分析两幅以体素为单位的三维体图像获得物体内部的三维变形信息.在利用数字体图像相关方法测量物体内部变形的过程中,整体素的位移场可以通过简单的空域搜索获得,因此如何计算亚体素位移是提高该方法位移测量精度的关键.介绍了一种基于空间灰度梯度的亚体素位移测量算法,并用计算机模拟生成的可精确控制位移的三维散斑...     

数字散斑识别算法中的GPU高性能运算应用研究

数字散斑相关方法有着测量环境简单、全场非接触等优点,但算法效率一直是限制其发展的瓶颈之一。GPU有着天然的并行性,GPU高性能运算可以为计算机图形处理带来极大的效率提升。利用CUDA平台编程对传统的数字散斑逐点搜索算法、十字搜索算法及遗传算法进行GPU高性能并行处理,并与传统方法比较分析。实验结果表明,对于尺寸为150150像素的散斑图像,3种方法效率分别提升了20倍、8倍、31倍;对于尺寸为500500像素的散斑图像,3种方法效率分别提升了183倍、33倍、44倍;对于尺寸为1 0001 000像素的散斑图像,3种方法效率分别提升了424倍、116倍、44倍。     

高炉送风系统力学行为的数字散斑相关法实验研究

研究高炉送风系统在燃烧、送风、切换状态时热风炉壳的力学性能。首次在热风炉炉壳测试中采用了高精度的数字散斑相关技术,利用自然光对热风炉壳进行了非接触式测量,得到了由于温度引起的轴向和环向的变形、应变及热应力等力学参量,光测结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术应用于测量恶劣环境下力学参量有效,方法实用,较好地解决了热风炉壳的力学测试工作。     

数字散斑相关测量中亚象素位移搜索的曲面拟合研究

本文介绍一种在散斑相关测量技术中进行亚象素位移搜索的新方法.用对相关系数作曲面拟合的方法来进行亚象素位移搜索,不但可以减少相关分析的运算量从而提高测量分析的速度,而且可以提高测量精度.     

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。     

基于数字相关法的应力应变检测技术及应用

借助高准确度数字散斑相关技术并结合标记点法,对工作的热风炉进行了实时位移和应变检测.测试了环向和轴向位移和应变,得出热风炉壳的位移场等直线,即环向位移呈现竖向条纹,轴向位移总体呈现水平状位移等值线,并且位移数据较为均匀.由位移场得到了应变场,由于温差变化不大,由此产生的最大热应力为63.85 MPa.数字散斑相关技术所测结果与标记点法所测数据吻合.现场检测表明,炉壁外表面,由热交换引起的应力远小于钢材的许用应力,所以结构运行安全.     

Used digital speckle correlation method to realize orientation function of optical mouse

Used digital speckle correlation method (DSCM) to realize orientation function of optical mouse is researched. The experiment is designed to obtain the dynamic speckle patterns which are shot by CCD, then the DSCM is used to process the sequential images and also the experiment is simulated. The experimental results show the DSCM can confirm orientation function of the optical mouse, and have a good agreement with the simulation results, and the resolution we obtained is higher than the resolution of mouse on the market.     

Roughness and correlation-length determination of rough-surface objects using the speckle contrast

A method using the speckle contrast for the determination of both the roughness and the correlation length of surface-height variations of a rough-surface object is proposed on the basis of the statistical properties of the Gaussian speckle field in the image region. The expression for the speckle contrast is first theoretically derived in the optical imaging system as a function of the defocus distance and the surface parameters of the object. By solving the equations expressing the speckle contrasts at the image and defocus planes, a unique solution is found to exist for the roughness and the correlation length. In particular, a useful approximate relation that the roughness depends only on the contrast ratio is derived for relatively small values of the roughness. The experiments were performed to confirm the validity of the proposed method. The present method has an advantage of the simplicity in a measuring procedure where the contrasts at only the two points are required to determine the surface parameters.     

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。     

Quality assessment of speckle patterns for digital image correlation

Digital image correlation (DIC) is an optical–numerical full-field displacement measuring technique, which is nowadays widely used in the domain of experimental mechanics. The technique is based on a comparison between pictures taken during loading of an object. For an optimal use of the method, the object of interest has to be covered with painted speckles. In the present paper, a comparison is made between three different speckle patterns originated by the same reference speckle pattern. A method is presented for the determination of the speckle size distribution of the speckle patterns, using image morphology. The images of the speckle patterns are numerically deformed based on a finite element simulation. Subsequently, the displacements are measured with DIC-software and compared to the imposed ones. It is shown that the size of the speckles combined with the size of the used pixel subset clearly influences the accuracy of the measured displacements.     

基于物体像的干涉条纹图像中散斑噪声的识别方法

散斑噪声是激光干涉时的普遍现象,其覆盖被测表面对应区域的形状信息,造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点,提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点,自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系,得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验,对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补,消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。