Multi-frequency lateral shear interferometer system for simultaneous measurement of thickness and three-dimensional shape

This Letter demonstrates a novel lateral shear interferometer system for simultaneous measurement of three-dimensional(3D) shape and thickness of transparent objects. Multi-frequency fringe patterns can be created by tilting mirrors at different inclination angles. With a single camera, the multi-frequency fringes are recorded in one image. The phase-shift of the fringes can be generated synchronously only by moving a plane-parallel plate along an in-plane parallel direction. According to the feature of transparent materials, the thickness and 3D shape can be reconstructed simultaneously based on the relationship between the in-plane displacement and their characteristics. The experiment was conducted on a thin transparent film subjected to a shearing force,which verifies the feasibility of the proposed system.     

基于荧光偏振分像的多翅翼结构三维全场测量

昆虫飞行过程中,翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象,各个翅翼间相互遮挡,导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题,提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法,进行多翅翼结构的三维全场变形测量,解决翅翼遮挡的动态测量问题。根据偏振成像原理,采用反射镜、偏振镜与分光棱镜组合的分光光路,实现单个偏振相机测量单色翅翼的三维形貌;结合荧光散斑的光谱特征,在各个相互遮挡的翅翼上制作不同散斑荧光,利用带通滤波片分离各个翅翼上特定光谱的荧光散斑,实现多个翅翼的独立成像和同步测量。开展等厚度薄板相对面形貌、变形的测量实验,标定多个相互遮挡面的测量精度。测量昆虫(知了)翅翼交叠的不同形态,给出了任意相互遮挡翅翼的三维姿态,验证测量方法的可行性。     

基于视觉的桥梁挠度测量方法与研究进展

挠度是评估桥梁承载能力和健康状态最直观的指标。近20年来,基于计算机视觉的桥梁挠度测量方法凭借其非接触式、快速简易安装等优点,被逐步应用于实际测量中。本文从测量原理、测量方式和影响因素3个方面出发,介绍了当前基于视觉的桥梁挠度测量方法与研究进展。在测量原理方面,从相机标定、三维立体视觉、摄影测量、特征检测与匹配4个方面进行了介绍。在测量方式方面,介绍了单相机二维测量、双相机三维测量、基于摄影测量的准静态测量和位移传递串联相机网络多点动态测量。在影响因素方面,介绍了相机自身因素、标定因素、算法因素和环境因素4个方面对测量结果的影响,并总结了目前国内外的研究成果。最后对基于视觉的桥梁挠度测量技术的未来发展趋势做出了展望。     

数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用

针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象,利用数字图像相关方法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量,并比较了不同封装配置对结构热变形的影响.建立了适于求解结构表面热变形分布的理论模型,利用实验结果和有限元模拟验证了理论模型.同时表明了实验方法的有效性和可行性,为微机电系统器件设计提供了有益的参考.
关键词:       测量|热变形|数字图像相关方法|板载芯片封装|微机电系统     

接触式机械密封端面经济加工分形维数

考虑端面形貌对机械密封性能和加工成本的影响,运用分形理论分析了端面分形参数与泄漏率之间的关系,提出了密封端面经济加工分形维数概念.针对GY-70型机械密封进行了密封性能试验和端面形貌参数测量,发现随着运行时间的推移,密封端面分形维数增大速率逐渐减小,泄漏率降低速率逐渐减小.当t为130 h时,泄漏率Q达到允许值5×10-6m3/h,D=1.645.结果表明:基于允许泄漏率的机械密封,具有一定的经济加工分形维数.合理设计密封端面分形维数可以避免盲目提高加工精度,缩短机械密封的磨合时间,实现初始密封.     

非单调条纹图的相位恢复新方法

在连续小波变换和展开相位拐点识别的基础上,提出一种非单调条纹图的相位恢复新方法.包裹相位通过连续小波变换的方法提取,提出小波变换尺度步长的选择准则及对粗糙尺度作迭代均值滤波的技术.基于展开相位拐点与符号歧义点的单应性,可通过检测并修正展开相化拐点的方法恢复非单调条纹图的真实相位.给出了详细的理论推导、数值模拟及实验验证过程.数值模拟包括一维及二维的含噪声信号,实验为基于显微干涉法的微桥的静动态形貌和变形测试.模拟及实验结果表明,该法只需一幅条纹图即可准确解调非单调条纹的相位,最大误差小于4%,且具有极强的抗噪能力.这为显微干涉测量提供了有效的相位恢复新手段.     

数字图像相关方法若干关键问题研究进展

本文报道了作者及其所在课题组近期在数字图像相关(DIC)测量方法上取得的重要研究进展。主要包括:(1)通过对DIC方法中反向组合高斯-牛顿算法的理论误差分析,提出了新的理论误差公式,进一步证明了反向组合高斯-牛顿算法在提高计算速度和测量精度方面的综合优势;(2)采用提出的理论误差公式,发展了数字散斑场的优化及制作方法,保证了测量结果的一致性和正确性;(3)基于相机阵列和图像拼接技术,发展了超分辨率数字图像相关方法,大大提高了DIC测量方法的应变测量分辨率;(4)提出了大视场条件下的三维系统标定方法,实现了三维测量系统的外参实时标定和多相机测量系统中相机位姿的自动矫正;(5)研制了便携式原位三维测量仪和多尺度DIC测量系统,实现了三维实时数字图像相关测量,进一步满足了DIC方法在工业在线检测和医学领域中的应用需求。     

基于数字图像相关的三维刚体位移测量方法

基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体化移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%.     

基于单摄像机的三维位移测试方法

基于三维位移测量手段在工程技术领域的必要性和重要性,开展了基于单摄像机和数字图像相关的三维位移测试方法研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用Savitzky-Golay(SG)微分滤波器分离图像位移子区内的常数项与一次项,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了相应的数值模拟实验及悬臂梁端部受载的实验,发展了与三维线性变形对应的散斑图模拟方法,验证了基于二阶位移模式的牛顿-拉夫森迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果均验证了三维位移测试方法用于实现物体三维位移重构的可行性和优越性.     

基于液晶显示投影技术的数字影栅云纹相移实现方法

影栅云纹是物体离面变形和表面形貌测量常用的一种比较简单的方法,用单纯的影栅云纹法即便在最好的光学系统配置情况下测量精度也只有1~100μm左右,在影栅云纹测试方法中引进相移技术是提高测量精度的主要手段。采用液晶投影仪和数字图像处理技术实现数字影栅云纹测量的准确数字相移,避免了在影栅云纹法中使用结构比较复杂或特制的相移机构。由计算机产生相移条纹图经液晶显示投影,应用实时图像灰度算术相减技术得到数字相移影栅云纹条纹图。该方法具有“基准栅”的栅距和相移步长实时可调,配置高速图像采集系统和图像后处理软件,可将相移技术引入动态测量中,从而提高动态测量的精度的优点。最后的悬臂梁实验结果证实了该方法的有效性。