基于分形插值的频域散斑相关法面内位移测量

针对传统频域数字散斑相关法在测量物体面内位移测量精度较低的问题,提出一种基于分形插值的频域数字散斑相关法。该方法在频域数字散斑相关法的基础上,引入Hanning窗函数对图像进行滤波处理,克服了图像边缘效应对最终位移值的影响;同时利用散斑图像的子区域与整幅图像在结构形态和灰度特征的自相似性,采用分形插值的方法进行亚像素插值,进而能精确定位相关点,得到更精确的亚像素位移值。实验结果表明:该方法保持了频域散斑相关法的测量速度,且将测量的绝对误差降低在0.01~0.03 pixel以内,并进一步通过刚体平移实验测试了算法的可靠性。     

基于微粒子群优化算法的数字散斑图像相关方法

为了能够通过一步搜索同时得到数字散斑图像中所测点的整像素和亚像素位移信息,采用灰度插值的方法构造了亚像素子区,改进了基于微粒子群算法的数字图像散斑相关方法。对含有平移信息的模拟散斑图和具有应变的模拟散斑图进行相关计算,验证了该方法的适用性;在对具有微小面内位移转动的试件进行测量时,比较了整像素的微粒子群算法和不同量级的灰度插值下的亚像素微粒子群算法。结果表明,基于微粒子群算法的亚像素数字散斑图像相关方法在测量小位移方面具有一定的优越性。     

基于相位分析的散斑图像位移测量算法

通过对数字散斑图像位移测量方法和激光散斑图像特点的研究,提出了一种利用数字散斑图像进行位移测量的新方法:同频率相位比较法.该方法把移动前后的激光散斑图像像素分别在X、Y方向上叠加,对叠加后的一维序列进行频谱分析,找出同一频率的信号的存前后两幅散斑中的相位偏移,然后通过统计分析求解激光散斑图像的位移.大量实验证明,上述算法可行,不使用插值法即可求解亚像素级位移,并能大幅度提高位移测量速度.     

亚像素数字散斑相关测量的曲面拟合法研究

研究了亚像素数字散斑相关测量中整像素搜索窗口、拟合窗口、散斑尺寸等因素对曲面拟合法测量精度的影响.采用二元二次多项式曲面拟合方法,利用计算机生成的模拟散斑图像,对水平位移分别为0.1,0.3,0.5,0.7,0.9pixel的图像进行了研究.结果表明,最佳搜索窗口为31×31～51×51 pixels,最佳拟合窗口为3×3 pixels,散斑图的平均散斑尺寸为2 pixel时,能较容易地实现相对误差小于5%的目标.而在高斯噪声免疫力方面,0.9 pixel以上的位移具有较强的免疫力.在散斑相关测量精度要求不是很高(＞1 μm)的情况下,曲面拟合法是一种非常适合的方法.     

数字散斑相关技术最优光照条件研究

研究了光照条件对数字散斑相关技术(DSCM)测量精度的影响,获得了数字散斑相关计算最优的取值参数及光照条件。通过分析DSCM测量理论模型,获得误差与空间频率和平均灰度梯度的关系式,通过计算机模拟数字散斑图像,确定了最优散斑尺寸、最佳拟合窗口和计算窗口。实物实验中引入GSI编码技术,精确地标定了刚体位移,并对不同光照条件下的DSCM测量结果进行了误差分析,结果表明散斑图像的空间频率和平均灰度梯度与光照条件成规律性变化,并与理论分析结果一致。研究结果表明,DSCM测量的最优光照强度为8000 lx,此时图像平均灰度梯度高,DSCM测量精度高。     

数字散斑的边缘相关测量法

利用数字激光散斑图像测量物体的形变和微小位移是一种新兴的非接触测量方法,为提高测量速度,通过对数字散斑相关测量方法(DSCM)和激光散斑图像的特点进行研究,提出一种针对数字散斑图像的边缘相关测量法(DSMC)。该方法把移动前后的激光散斑图像像素在单方向上求和,使整幅图像的能量集中在边缘上,然后使用边缘上所形成的一维数列,通过插值和相关的方法求解激光散斑图像的位移。而激光散斑图像的位移可以反映出物体的位移或形变。理论和实验证明了该算法可行,可以大大节省数字散斑相关测量中数据处理的时间而不影响计算精度,因为此算法的运算精度主要取决于插值点的个数和散斑图像自身的综合误差。     

数字工业摄像技术用于转轴动态扭矩测量原理的研究

基于数字散斑相关计算和转动轴表面匹配方法,提出一种利用双相机直接测量转轴动态扭矩的新方法。分别在轴两端使用两个工业相机采集无扭矩时的轴面图像序列,作为参考图像。同步采集扭矩作用下转轴轴面应变图像,对应变图像进行匹配方法,搜索其对应的参考图像,分别对两路应变图像和参考图像进行整像素相关计算、梯度法的亚像素位移计算,得到轴两端扭转角位移,最终计算出轴扭矩。为验证所提方法测量精度,运用Ansys有限元分析软件对轴上扭转位移进行计算,并与所提方法比较,两者结果误差为1.39%,具有较高一致性;进行了不同转速、扭矩下的台架实验,并与标准传感器测量结果比较,两者误差在1.4%~5.3%之间。实验结果表明,数字工业摄像的扭矩测量系统有较高精度,系统结构简单,克服了传统方法安装复杂、信号易受干扰等缺点,适用于转轴动态扭矩测量。     

数字激光散斑的L型梯度位移检测法

利用数字激光散斑图像测量物体的形变和微小位移是一种新兴的非接触测量方法,为提高这种测量方法的速度及精度,提出一种针对数字散斑图像的L型梯度位移检测法.该方法将现有的梯度算法扩展到二维空间并做变形,对散斑图像进行梯度运算,测量出位移.大量实验证明,上述算法可行,能够精确测出微小位移,且运算速度较快.     

基于散斑位移相关器的相关峰增强技术

提出的基于光学数字联合变换的光学散斑位移相关器,用来确定亚像素精度相关峰的位置,却没有使用复杂的插值算法.为了实现相关峰的放大,对相关器的主要参数进行了分析和计算.并以此建立了实现光学散斑位移技术的实验装置,实验结果表明,该装置能产生尖锐和狭窄的相关峰,且能以亚像素精度发现峰位置.     

数字散斑联合变换相关法测量微小位移的研究

提出一种利用联合变换相关法对位移前后的散斑图像实现数字相关运算,通过相关峰的距离与散斑图所携带的位移信息之间的关系,测量物体的面内位移量。通过对全场的位移计算,得出对散斑图像先做限幅预处理后,再进行边缘提取,有效减弱了影响相关峰的不利因素,提高了相关点的精确性。对同一组散斑图进行匹配滤波相关运算和联合变换相关运算,把得到的全场位移矢量图进行比较,得出两者测量的结果是一致的。     

数字散斑时间序列相关三维面形测量中提高精度的方法

本文提出一种基于数字散斑时间序列相关三维面形测量法中提高测量精度的方法－多相关峰优化法。在数字散斑时间序列相关测量法中,当物体表面存在复杂细微结构时,被物体调制的散斑图中局部区域的散斑子图像会出现明显变形和局部阴影,这时相关曲线会出现多相关峰。由于相关值很低,这些相关峰对应高度都有可能是测量点的高度值。本文用特殊的算法对这些相关峰对应高度值进行辨别,找出最适合的高度值作为测量值,对测量结果进行优化。实验证明该方法对改善因局部区域的散斑子图像的变形和局部阴影影响而导致的测量误差具有非常显著的效果,使得数字散斑时间序列相关三维面形测量法能够用来测量复杂三维物体面形。     

不同WC含量下WC/Cu复合材料弹性模量实验研究

为了研究数字图像相关方法运用于小试样下WC/Cu复合材料弹性模量测定的准确性,采用粉末冶金法制备出了WC含量不同的WC/Cu复合材料,对试件表面用白漆配合碳粉方法进行制斑,并在万能材料试验机上进行拉伸实验,用CCD相机记录其散斑图。对记录的散斑图进行相关运算,并通过畸变校正理论校正位移计算结果,计算出小应变范围内WC/Cu复合材料的应力应变曲线,得到弹性模量;与传统电测方法结果进行对比,数据吻合较好。结果表明,采用数字图像相关方法和小试件制斑方法运用于WC/Cu复合材料弹性模量的测定是较为精确可靠的。     

数字散斑相关三维面形测量的局部搜索快速算法

提出了在数字散斑时间序列相关三维面形测量中提高计算速度的局部搜索快速算法，通过寻找合理的搜索空间，缩小相关计算的范围，从而减少相关计算的次数，达到了提高计算速度的效果。本文介绍了快速算法的基本原理，给出了在复杂物体三维面形测量中的应用实例。     

基于差分进化的数字图像相关方法

提出一种基于差分进化算法的数字图像相关(DIC)方法.通过将图像子区的转角包含在相关函数中,利用具有超强全局最优化特性的差分进化算法可准确地进行相关搜索,再将相关搜索结果作为Newton-Rapshon(N-R)方法的迭代初始值进一步精确计算位移、应变信息.该方法可对存在任意刚体转动情况下的试件表面变形进行准确测量,克服了通常的DIC方法在测试对象存在稍大转角(通常认为转角大于7°)的情况下即不能使用的缺点,在被测对象既有平动、又有转动时仍然能进行准确可靠的相关计算.     

面内微位移测量的散斑相位涡旋相关方法研究

提出了用散斑相位涡旋相关方法测量面内微位移。 首先利用拉盖尔-高斯变换, 将光强灰度图的实值信号I(x,y)变为复光强信号(x,y),获得涡 旋分布矩阵;然后,以涡旋 核结构参数的偏心率e作为特征因子进行相关运算;最终实现面内微位移的测量。在相同计 算机配置下,对毛玻璃的面内位移进行了测量,结果显示,散斑相位涡旋相关法的平均计算 时间为35.4ms,传统数字散斑相关法(DSCM)的平均计 算时间为376.7ms,而两者的相对误差均小于5%,这与数值模拟结果 相符。实验结果与数值 模拟结果表明,散斑相位涡旋相关方法可准确测量面内微位移,与传统DSCM相比,在保持相 同测量精度的前提下,计算效率至少提高了1个数量级。     

基于数字散斑的弯管残余应力测量系统的误差分析

针对基于数字散斑相关法(DSCM)的残余应力测量系统,分析了影响系统精度的主要误差因素,并根据各个误差因素的形成原理,提出了减少或去除误差的方法。通过实验数据的对比,验证了误差因素对测量系统的影响,同时验证了所给出的减少误差的方法的可行性,为基于数字散斑相关法的测量系统的误差分析提供了有益的参考。     

基于反向映射法逆向描述数字散斑变形的方法

考虑 到现有制备模拟散斑图方法系统误差较大、生成方法复杂和编程实现困难等不足,提出 一种基于反向 映射法的变形散斑图生成方法,将变形模式进行反向变换,并利用变形过程中图像灰 度不变的特性, 生成变形后的模拟散斑图。仿真分析表明对于相同数字图像相关(DIC)法计算参数,本文的 反向映射法生成的变形散斑图具有更高 的计算精度,因而提高了DIC法计算结果的可信度;并且,本文的反向映射法具有易于理 解和易编程实现等优点。     

基于激光散斑数字图像相关法的热应变测量

为了解决常规数字图像相关法应用于高温工况下热应变测量时,人工制作的散斑受高热载荷冲击容易出现变色、熔化、脱落的问题,采用激光散斑作为数字图像相关法特征纹理的方法,计算温度变化前后散斑图像相关性来测量金属热应变,进行了非真空环境下加热试件的实验,以及在管式加热炉中分别对铝试件和钨试件进行人工散斑和激光散斑的真空加热实验对比,取得了相应的散斑图像,并计算出平均应变曲线数据。结果表明,在非真空环境下,由于热流扰动导致激光散斑图像抖动较大,测量出的热应变曲线存在较大的干扰噪声;铝从室温升至450℃和钨从室温升至800℃的热应变与人工散斑结果相对一致;激光散斑数字图像相关法在类似聚变堆偏滤器高真空、高热流条件下,可以有效地测出金属壁面的动态热应变。该研究为聚变堆偏滤器第一壁材料的损伤诊断提供了新思路。