基于数字散斑自相关技术的微位移测量

通过散斑照相实验,得到粗糙表面在激光照射下的散斑场,移动粗糙表面,记录位移前后的散斑图像,利用数字散斑相关方法分析散斑图像,即可确定粗糙表面的位移。理论分析和实验结果表明,数字散斑相关技术可以很好地实现测量带有粗糙表面物体的微小位移,精度可达微米级。     

数字散斑相关方法的全场优化表述

从图像运动估计中的基本假设——灰度不变假设出发,用优化方法建立了基于整幅图像匹配的数字散斑相关方法(也称为数字图像相关方法)求解模型,即全场优化求解模型.从建立的全场求解模型出发可引申出常用的两类数字散斑相关方法的求解思路,即基于离散的子区匹配的数字散斑相关方法求解模型和基于有限元的数字散斑相关方法求解模型.从模型建立及求解分析中可知,位移表征模式是数字散斑相关方法求解模型的关键,不同的位移表征模式可构成不同的数字散斑相关方法求解方法.     

数字散斑的仿真建模与变形场测量

合理构建像面散斑的数字模型,可以精确产生位移和变形场的数学仿真散斑图,为求解亚像素位移或变形的算法研究构建一个软件分析平台. 从物体粗糙表面的随机分布出发,基于光学成像系统高斯点扩散函数模型,构建了像面散斑的成像模型,对变形前后的随机表面产生的像面散斑进行了模拟和变形场计算. 提出在找相关峰值时用局部区域进行搜索,减少了运算时间,避免了相似峰的出现.     

数字散斑的仿真建模与变形场测量

合理构建像面散斑的数字模型,可以精确产生位移和变形场的数学仿真散斑图,为求解亚像素位移或变形的算法研究构建一个软件分析平台。本文从物体粗糙表面的随机分布出发,基于光学成像系统高斯点扩散函数模型,构建了像面散斑的成像模型,对变形前后的随机表面产生的像面散斑进行了模拟和变形场计算。文中提出在找相关峰值时用局部区域进行搜索,减少了运算时间,避免了相似峰的出现。     

高温条件下物体面内位移的非接触式检测

应用数字图像相关方法对高温条件下物体面内位移场进行快速、高精度测量.采用532 nm面阵激光作为照明光源配合532 nm窄带滤波与可调式衰减片组成的光学处理系统,很好地解决了高温情况下成像难题.介绍了人工散斑的制作方法,采用耐1000℃高温的高温墨作为散斑的制作原料,制作了可在1000℃高温情况下清晰的利于图像相关计算的散斑图.搭建了高温条件下物体面内位移的检测系统,分别做了常温下亮度不同的千分尺移动位移检测实验和喷灯对钢板持续局部加热到1000℃热变形场的测量实验.实验结果证明本系统具有抗干扰能力强、计算精度高以及便于实现的优点,可用于常温及高温条件下物体位移或变形场的测量.     

超快激光散斑场的时空相干特性

将超快激光应用到对散斑现象的研究领域.首先从散斑统计理论和光的相干性角度出发,给出入射飞秒脉冲的自相关函数分布及光强经过粗糙随机表面后的光强演化形式.从实验上通过用飞秒激光脉冲光源照射粗糙的随机表面衍射屏,得到了一系列明显区别于传统普通的连续光形成的散斑场.在超快散斑场中出现了纤维辐射状的结构,散斑图样整体呈由中心光斑状向四周辐射形成条纹状光斑的分布.     

基于数字散斑相关方法的微位移测量

介绍了数字散斑相关方法的基本原理,利用模拟散斑图分析了3种常用亚像素算法的性能.根据数字散斑相关方法测量微位移的特点,采用爬山搜索法进行整像素搜索,采用计算量小、计算精度高的基于梯度的算法进行亚像素搜索.利用千分表和数字散斑相关方法对有机玻璃梁试件三点弯曲中心挠度进行了测量,并与有限元计算结果进行了比较.结果表明,数字散斑相关方法测量微位移的实验系统是可靠的,在此基础上测量了试件加载位置附近区域的全场位移.     

DSCM中摄像机光轴与物面不垂直引起的误差分析

该文研究了数字散斑相关方法(DSCM)中由于摄像机与被测物面不垂直而引起的误差。首先从成像原理上进行分析,得出当位移和偏差角度比较小时,误差分别与它们成线性关系。为验证这一结论,提出了引入摄像机成像模型的数字模拟散斑图像生成方法;采用数字散斑相关方法,对模拟散斑图像进行计算,计算的结果与理论分析的误差公式结果非常吻合。基于数字散斑相关测量灵敏度为0.01像素,要求不垂直度或被测平面的平面度应小于5,°这也是二维数字散斑可否用于曲面测量的判据。     

数字散斑相关方法在实验力学中的适用性

数字散斑相关方法是近些年来新兴的一门利用图像处理技术来计算物体的位移及变形的方法,具有全场测量、非接触、光路相对简单、测量视场可以调节、不需要光学干涉条纹处理、可适用的测试对象范围广、对测量环境无特别要求等优点,对此利用3个基本的实验,刚体平动、橡胶材料拉伸、三点弯梁实验,验证了数字散斑相关方法在大位移及变形测量中的适用性.     

基于小波多级分解的数字散斑相关搜索方法

为提高数字散斑相关方法(DSCM)的测量精度和计算速度,提出一种基于小波多级分解的数字散斑相关搜索方法。该方法利用二维离散正交小波技术对图像滤波去噪同时进行多级分解,从最低的一级开始进行相关搜索计算,然后逐级回溯。与传统的相关搜索方法相比,该方法可提高运算速度至少1个数量级并提高测量精度,有更强的适用性,可以对大位移、有噪声的图像进行数字相关位移场的处理。     

利用激光散斑进行数字相关测量的可行性研究

本文从理论上阐述了激光散斑在用于数字相关测量时的性质及其与白光散斑相比的主要误差来源,讨论了其测量范围,并给出相应的实验验证．     

基于移动最小二乘拟合的数字图像相关应变测量

为了应用数字图像相关方法得到可靠的位移场,本文提出应用移动最小二乘法对含噪声的位移场进行拟合,进而得到可靠的应变场。对原有的十字搜索算法进行了改进,实验表明改进后的搜索算法效率更高。用数字模拟实验验证了程序计算正确性,并说明能够应用该方法得到可靠的应变。并进行了复合材料板拉伸试验,复合材料平板实验计算结果和应变电测法得到的结果进行了对比,实验表明两种测量方法得到的结果相吻合。     

超快动态散斑相关函数的理论研究

将散斑场现象的研究推广到超快领域，从超快激光谱分析和散斑统计理论出发，推导出了超快散斑光强自相关函数。由此研究了超快动态散斑随时间和空间的演化规律，发现了超快散斑的一些基本特征，如散斑颗粒中存在干涉条纹结构及其空间周期随时间减小等，其实质在于等效的散射孔径为物面上两个不断向外扩展的对称孔径，它们之间的距离不断增大，从而使相应的观察面上的光波产生干涉而导致散斑结构中出现干涉条纹，并且干涉条纹的间距不断减小，表现为散斑自相关函数呈现不断加快的振荡。     

基于纹理和小波变换的阴影检测去除算法

在基于视频处理的室外场景运动物体检测系统中,对运动物体的阴影进行检测与去除是一个关键环节。文中提出了一种基于纹理自相关和整数小波变换相结合的运动物体阴影检测与去除算法,算法中首先使用纹理自相关对运动物体的阴影进行预提取,再对阴影预提取结果进行统计判别,对判别为阴影误检的区域再进行基于整数小波变换的阴影再检测,最后将两次检测结果相结合实现对运动物体阴影的检测与去除。实验结果表明：文中的方法不仅能够准确地检测出与背景灰度差别比较大的运动物体的阴影,而且能够较好地检测出与背景灰度相近的运动物体的阴影,较好地克服了使用单一方法进行阴影检测与去除时常见的阴影误检问题,获得了很好的阴影检测与去除效果。     

超声弹性成象组织运动相关估计与解相关性

生物的软组织弹性成象需要检测组织在应力作用下的应变，跟踪超声图象中运动目标产生的散斑模式可以估计组织运动．文中建立了表征超声散斑运动和组织运动关系的超声散射模型．研究表明，当组织运动幅度较小时，可以用超声散斑图象相关估计方法，获得组织内平移、旋转和不可压缩形的运动分布；组织平移运动超声散斑没有解相关性，旋转运动的解相关性大于形变运动的解相关性；采用较低的换能器频率和较高的波束分辨力可减小散斑的解相关性．     

光纤—数字散斑相关方法的原理和应用

对光导纤维—数字散斑相关方法进行了详细的理论分析和实验研究。作者根据相关搜索法的基本思想．按照ＭＳ４２１３型图像板的存取模式，用Ｃ语言编写了专门的相关识别程序。利用光纤完成了刚体（定轴转动圆盘）全场位移测量和变形体（三点弯曲梁）挠度全场测量的两个验证性实验，实验结果与理论值吻合较好。     

散斑相片中杨氏条纹的计算机分析

采用双曝光散斑照相法对物体进行平面内微小位移的测量，用付里叶光学技术使该散斑相片产生杨氏条纹，利用计算机对杨氏条纹进行了自动分析与处理，采用Ｒａｄｏｍ变换的一维付里叶变换求得该物体在二维频域中的位移场分布的计算方法，并给出计算结果。