斜拉索动应变非接触实时测定方法

基于单设备多目标高速相机非接触测量动位移测定系统,进行非接触式实时测定斜拉桥拉索动应变的计算方法研究. 首先,从斜拉索非线性计算理论,推导拉索整体割线坐标系下由动位移计算动应变的计算公式;其次,采用扁平索的基本假定,得到不考虑非线性项的斜拉索动应变简化计算公式,并建立采用有限差分法的斜拉索动应变实时测定方法;再次,利用LabVIEW程序开发平台,在圆形边界检测结合模板匹配的图像处理技术的基础上,进行斜拉索动应变实时测定系统的开发. 最后,通过室内摆锤模型试验验证斜拉索动应变简化计算公式的正确性和动应变测定方法的可靠性,通过实桥测试验证开发的测定系统的可行性和有效性.     

采用普通摄像机的斜拉索振动位移非接触测量方法

大幅度非线性的斜拉索振动的发生难于预测,不利于测试仪器的现场布置,因此手机、DV等普通摄像机对于拉索振动的测试更加方便实用。为了及时准确地测量斜拉索振动,将视频采集和数据分析分开,利用普通摄像机进行了斜拉索非接触式振动位移测试方法的研究和测试系统的开发。所开发的斜拉索振动位移测试系统既可以实现单标识点的位移测试,也可以实现多标识点和无标识点的振动位移测试。通过室内模型试验结果验证了测试方法的正确性和测试结果的精确性,同时进行实桥的现场测试并验证了采用普通摄像机进行实桥测试方法的可靠性,测试结果满足实桥斜拉索动位移测量要求。     

多点动位移数字图像相关法光测技术研究

动位移测量在诸多工程领域中有着大量需求,针对现有各种测量技术仍然存在着效率低、精度差、成本高等局限性。基于数字图像相关(digital image correlation, DIC)原理,建立了一套多点动位移高精度光测技术及系统。首先设计了一种基于同心圆的靶标专用图案,用于测点的自动识别及图像的自动标定,并通过对硬件配套软件SDK(software development kit)的二次开发,构建形成了可同时适用于无线和有线工业相机的硬件架构,最终开发形成多点动位移DIC光测软件系统。采用3等精度量块对该系统进行精度校准试验,结果表明该系统测量精度为0.01 mm,系统基本误差为0.05%,灵敏度为0.2%。进一步开展典型应用场景测试,发现该系统在低频振动测量时具备与高精度激光位移传感器相当的精度,而对于高频振动场景,采用高频率相机也可实现动位移高精度实时测量。可见该系统与激光位移传感器等相比有显著优势,可在实验室测量、工程现场测试等场景中推广应用。     

基于数字图像相关理论的非接触式结构位移测量方法

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究.采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位.在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性.搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性,对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响.利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度,结果表明,视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势,可实现以毫米级精度进行结构位移测量.该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景.     

基于数字图像相关理论的非接触式 结构位移测量方法

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究.采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位.在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性.搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性,对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响.利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度,结果表明,视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势,可实现以毫米级精度进行结构位移测量.该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景.     

基于实测应变的典型热防护结构位移场实时重构

为了保证使役环境下高速飞行器结构的安全性,以高速飞行器典型热防护结构为对象,对其实时变形重构方法进行研究.将分布式光纤光栅应变测量技术与基于改进Ko位移理论的重构算法相结合,实现了基于实测应变数据的结构全场位移重构和演示.以四点弯加载工况下的典型热防护结构位移场重构为例,开展了数值仿真研究,验证了算法的精度;并进一步开展了典型热防护结构的四点弯试验,结合MATLAB程序和LabVIEW数据采集系统,实现了变载荷工况下结构底部金属板位移场的实时重构演示,并利用局部测点的实测位移验证了重构位移场的精度.试验结果表明:在非固支工况下,改进Ko位移理论能够重构出典型热防护结构全场位移,验证了基于改进Ko位移理论的重构算法在非固支工况下结构变形实时重构研究中的有效性和准确性.     

双像素压缩成像系统设计与实现

在深入研究单像素相机原理及结构的基础上,发现单像素相机存在固有的结构缺陷,需要预先测量和补偿操作,导致运算复杂、系统误差增大等问题.针对这些问题,对单像素相机结构进行改进,设计对称信号通路收集数字微镜器(DMD)阵列2个状态的反射光,然后将2路测量结果相减直接得到测量值.该方案简化了单像素相机的测量和计算过程,有效减少了系统误差;更为重要的是,双像素相机的测量矩阵相当于三值伪随机测量矩阵,相对于单像素相机的二值伪随机测量,可大大提高信号重建精度.基于双像素压缩成像系统方案,采用上海辛同公司开发的数字微镜阵列,搭建了成像系统硬件平台并进行测试,验证了系统的有效性.     

折反射全方位视觉系统单视点约束测定新方法

针对折反射全方位视觉系统装配时需针对单视点约束进行精确校准的特点,提出了一种基于光学畸变校正的折反射全方位视觉系统单视点约束测定方法.首先采用神经网络建立实际图像和理想透视图像的复杂映射关系,获得可用于单视点约束测定的理想透视模型;然后根据空间圆透视投影特性,利用反射镜上端面边缘图像估计出反射镜相对于相机的位置和姿态,以此指导系统单视点约束测定.由于反射镜位置与姿态的估计是基于实际的成像模型推算的,因此降低了单纯依赖简化模型带来的估计误差,从而提高了测定精度,具有较强的实用性.实验利用仿真图像和真实图像共同验证了该测定方法的精确度和有效性.     

基于MATLAB的DIC方法位移测量教学实验研究

针对数字图像相关方法 (DIC),教学实验的图像实时采集及数据自动处理的测量需求,在DIC方法基本原理基础上,使用MATLAB编译可独立执行的单目相机位移测量软件。该软件操作界面简单,具有图像采集、相机标定、位移计算和变形曲线显示等功能。通过DIC实验装置进行位移测量实验,结果表明DIC方法与位移计吻合较好,充分验证编译的DIC位移测量软件的可靠性和有效性,可以很好满足DIC方法教学实验自动测量的需求。     

结构动位移测试的计算机视觉方法实现

基于计算机视觉原理,采用相机参数标定、图像跟踪和三维点重构技术,建立了以普通消费级相机为测试手段的结构动位移测试方法.通过简谐振动、悬臂梁自由振动和框架模型振动台试验验证了该方法的准确性和适用性.结果表明:基于计算机视觉的动位移测试方法是对目前其他传统测试方法的很好补充.