利用计算全息光栅产生的涡旋光测量物体变形

利用计算全息(CGH)光栅产生的涡旋光束拉盖尔-高斯(LG)光束进行离面位移测量。基于二元叉形光栅产生LG光束的理论,将产生的LG光束作为参考光,加入一束平面光作为物光,设计了离面变形测量实验方案。利用物光和参考光的干涉进行物体变形测量,推导出物体变形前和变形后的干涉光强公式。通过数值计算,分析了利用LG光束进行变形测量的原理。数值模拟实验结果与理论结果基本一致,表明利用CGH叉形光栅产生的高纯度的LG光束可以进行物体变形测量。     

复Morlet小波的三维测量技术

为扩大小波变换轮廓术在三维测量领域的应用,提出了获得物体三维形貌的方法。该技术基于复Morlet小波变换理论,采用结构光照明,用最大值法提取小波变换的脊,获得变形光栅的包裹相位及整幅图像的包裹相位分布,再做相位展开。实验表明,该方法的误差在-0.37～0.38rad,能够满足物体三维测量技术要求。     

用时间域相位解包法测量不连续物体的三维轮廓

针对传统相位解包方法不能测量不连续物体轮廓的问题,提出了一种基于时间域相位解包的傅里叶变换技术.该技术采用先投影一系列间距随时间变化的正弦条纹图到被测物体上,再用电荷耦合器件和图像采集卡来获取由物体面形调制而变形的条纹图,并沿时间轴对这些变形条纹做傅里叶变换、滤波和反变换,然后沿时间轴解包,得到图像上每个时刻每个像素点的相位.由此得到的相位值在像面内是相互独立并且是沿时间轴变化的,这个相位变化率包含有物体的高度信息.实验表明,该技术成功地解决了不连续物体的轮廓测量问题,与传统的空间相位解包方法相比,该技术最大的优点是能够方便、准确地测量不连续和大陡度物体的轮廓.     

光涡旋阵列位移测量模拟

将光学涡旋点阵与电子散斑干涉技术相结合,提出了一种基于涡旋光干涉特性测量物体离面位移的新方法.利用三束光干涉产生光涡旋点阵作为物光,模拟了物体变形前后与平面波干涉的图样.推导得出光流场运动矢量场与干涉图样条纹频率、变形相位场之间的关系.模拟计算得到的三维位移相位场与理论值相吻合.模拟结果表明,光学涡旋点阵用于物体变形的测量,提高了测量灵敏度,为相位测量提供了新方法.     

参考光正弦波相位调制法全息测振

全息技术是测振的很有效的方法。通常用时间平均法测量振动物体的振幅要比其它方法精确,但是要确定振动相位则较困难。本文采用了参考光相位调制法来确定相位,用此法可较方便地确定振型。如果一个物体处于共振状态,参考光亦利用与物体同步振动的反射镜而振动。首先,用调制器调节振动反射镜的振动相位,使之等于物体上某点的振动相位。然后再以被调制的参考光作为基础,利用到达干板的参考光和物光来记录物体的全息图。在再现物体的干涉条纹中,物体上与参考光同相位、同振幅处就显出最亮条纹。这些最亮条纹是同一方向振动的等值线。如果在物体的表面上有若干个振动方向相互相反的区域,那么与最亮条纹同方向振动的区域就都存在最亮条纹;与此相反,另外那些没有最亮条纹的区域,其振动方向就相反。按照这个方法,可以计算出物体上任何一点的振幅,还可以获得在各个固有频率下的振型。全息干涉技术作为一种新的光学技术,目前在许多部门正被用于计测方面,由于它能把计测对象粗糙表面的微小动态、静态变形特征用非接触方式进行全埸记录和再现,并可根据记录的干板再现干涉条纹,定性地了解所研究对象的变形状态和定量地计算其变形大小,因而在机械设计中日益广泛地成为一个重要的手段。特别是在模型动态试验中用来检验模型的动态变形更为优越。但是常用的时间平均法对于某些复杂的振型的相位状态往往不易判断,因而在判断其模态方面有困难。我室利用对参考光进行正弦波调制的全息干涉技术,成功地获得了被测对象明确的振动模态。     

π相移及频域滤波对傅里叶变换轮廓术精度的影响

在傅里叶变换轮廓术（FTP）测量方法中,测量系统经成像装置获取由物体高度调制后的变形结构光场,并通过傅里叶变换、频域滤波和傅里叶逆变换恢复出物体的高度信息．其中频域滤波是FTP中提高测量精度的重要环节．本文通过计算机模拟及数据对比证实,在傅里叶变换轮廓术的基础上采用百相移技术消除背景分量,利用适当大小的矩形滤波窗口获得高质量基频分量,有利于减小测量误差．     

彩色编码结构光测量水中物体的三维面形

提出一种利用彩色编码结构光和光线追迹算法测量水中物体三维面形的方法.该方法利用投影仪投出经过彩色编码的颜色条纹来调制物体的三维信息,摄像机拍摄回物体表面的变形条纹图,然后根据光线追迹算法分别追踪摄像机和投影仪的光线来计算物体的三维面形信息,即可恢复出物体的三维面形.用这种方法计算物体的三维面形只需要拍摄一幅图像,因此该方法大大提高了测量速度并降低了系统成本.利用文中方法在3DS MAX软件中进行了模拟实验,并进行了实际测量,实验结果证明了所述方法的正确性和可行性.     

关于高速运动物体远视形象的转角问题

高速运动物体远视形象的转角问题可以用光行差现象解释。本文基于相对论的时间变换,结合光传播的物理过程,对于与物体运动方向相垂直的远视形象的转角问题进行了具体论证。在洛伦兹变换的基础上,由于光速的有限值,对视觉效应考虑两方面的修正。首先,在光传播过程的时差引起光行差,即纵坐标差导致横坐标的修正;其次,由于同时性的相对性,横坐标差也导致纵坐标的修正。在光的传播速度与物体运动速度构成的平面内物体的截面,其视觉形象发生一个转角,它仅与物体运动速度有关,在垂直于运动方向的远视条件下这个截面是一个无变形的纯转动。     

基于小波神经网络的复杂三维物体测量

将小波神经网络引入基于结构光投影的复杂物体三维面形测量.在测量过程中,利用小波函数的时频特性及变焦特性和神经网络强大的函数逼近功能,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位信息,获得物体的三维面形分布.应用小波神经网络,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的三维面形测量.该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术方法,不存在滤波操作,具有更高的灵敏度,在条纹图存在阴影的情况下,能更准确获得物体的相位信息,更加适用于恢复复杂物体的三维面形.模拟及实验均验证了该方法的可行性.     

频谱扫描的物体面形测量方法研究

根据正弦投影栅成像及其傅里叶变换的特点,提出了一种利用频谱扫描测量物体面形的方法．使用CCD摄像机采集一幅待测物面的图像,利用傅里叶变换法求出其空间频谱．扫描频谱图,确定参考平面投影栅线的空间频率,进而利用余弦函数模拟参考平面上的投影栅线分布．由待测物面上和参考平面上投影栅线的相对变形可求出物体的高度场分布．该方法不需要相位分布测量,也不需要解包裹运算,只需一幅图像即可实现物体的面形测量．笔者介绍了该方法的原理并进行了实验验证,给出了实验过程和实验结果．实验结果表明,该方法可实现物体面形的快速识别,有自动化程度高、计算速度快、对环境要求更低的优点．     

频闪激光散斑散焦照相法测量板结构动态变形

提出了用频闪激光散斑散焦照相法分析结构动态特性的新技术．应用该技术可获得优质的全场散斑条纹图，并可用逐点滤波法进行精确定量分析．讨论了如何选择激光脉冲宽度的方法．给出了频闪激光散斑散焦照相法的实验结果．     

一种无阈值的傅里叶窗口滤波算法

提出了一种无需设定阈值的傅里叶窗口滤波算法,该方法解决了加窗傅里叶变换法无法克服的阈值问题,得到单一最佳频率图像,并大大缩短了计算时间．该方法可用于各类条纹图像的低通滤波,为从条纹图中进一步提取变形相位奠定了良好的基础．笔者介绍了自动窗口傅里叶变换算法的原理,利用该算法对散斑图进行了处理,并与加窗傅里叶变换法的滤波结果进行了对比．实验结果证明了无需设定阈值的傅里叶窗口滤波算法具有良好的滤波效果．     

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.     

透明土土体变形测量系统中激光散斑图像的获取

透明土试验技术实现了土体内部可视化,其变形测量的获取目前多通过与透明土相适应的透明土土体变形测量系统进行。该系统利用片状激光实现了对透明土的内部切片观察,通过获取激光散斑图像结合图像处理方法分析得到土体变形的情况。但是该系统在获取散斑图像时并没有考虑到激光在透明土试样内的散射特点及其对散斑图像的影响,存在一定的局限性。对此,通过对透明土中激光散射现象进行观测,归纳了透明土中激光散射的特点,并就激光散斑图像获取进行分析改进,同时应用图像处理技术解决了图像获取过程中可能产生的变形问题。     

Measurement of gear tooth dynamic deformation using dynamic speckle photography

A new method of measuring gear tooth dynamic deformation is proposed. Dynamic speckle photographs of the rotating gear tooth have been achieved by combining the pulsed ruby laser with the out-syn-signal. Double speckle patterns of the whole mesh period of gear tooth are obtained by accurate time delay of the ruby laser. Gear tooth dynamic deformation of the whole mesh period is achieved using the automatic image processing. Testing results show that the trends of gear tooth deformation coincides with the calculation by the finite element method. The success of this new trying provides a new technique for the measurement of gear tooth dynamic deformation.     

激光光源波长调制法增强ESPI振动条纹

提出时间平均振动条纹增强技术：对干涉系统作为相干光源的激光二极管进行波长调制，使之同时产生附加的相移和解相关散斑的综合效应，改善了ＥＳＰＩ时间平均振动条纹的质量。     

闭孔泡沫铝准静态压缩试验的有限元仿真

根据泡沫铝孔洞的结构特点,建立了单一孔十八面体力学框架模型,进而组建泡沫铝力学矩阵模型。通过有限元分析软件对其进行纵向加载准静态模拟仿真试验,得到了力学矩阵模型的应力分布图、位移与变形分布图以及应力-应变曲线。将仿真试验得到的应力-应变曲线分为4个阶段,分析了各阶段的产生过程和力学原理,得到泡沫铝纵向准静态压缩时的力学相关性能,为进一步实体试验和工程应用提供了技术参考。     

散斑干涉相关条纹的交叉熵方法研究

现代电子散斑干涉计量过程中,状态变化信息的相关条纹表征对后续待测信息的提取起着重要作用,直接影响到后续处理的难度和信息提取的质量。本文根据交叉熵的基本概念和散斑干涉计量过程状态变化信息表征基本原理的分析,提出了一种新的相关条纹图生成方法－交叉熵法,通过详细的理论推导和应用效果的定量分析表明交叉熵方法所产生的相关条纹与减相关条纹在本质上是一致的,提出的方法完全有效。同时,由于交叉熵条纹表征方法融入了自适应同态滤波,与减条纹相比具有更好的条纹图对比度、较低的散斑指数和更好的包裹相位信息提取质量。     

用脉冲数字散斑方法测量物体瞬态运动轨迹

提出了利用脉冲多曝光数字散斑技术取代干板照相技术记录物体瞬态运动轨迹的研究方法，根据杨氏条纹模型详细分析了该方法的基本原理，给出了瞬态运动轨迹的测量结果，最后对影响实验结果的因素进行了讨论。     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.