光镊系统中一种亚像素位移测量方法研究

光镊系统中光阱刚度系数的快速、准确、高精度测量是光镊进行粒子定量操控的关键因素。本文给出了一种利用数字图像相关匹配的方法实现亚像素的位移测量。为提高测量精度,此方法在捕获过程中采集多幅图像并以相邻前一幅图像作为模板去匹配下一幅图像,以此类推,最后将每个增量位移场叠加作为最终的位移,同时在亚像素计算时采用较高精度的梯度法;为了提高计算速度,在整像素点匹配时,采用了动态阈值序贯相似法。最后,通过模拟仿真实验,对此算法的有效性进行了验证,结果表明本算法比普通亚像素算法快1~2倍。     

基于数字图像的直线度误差评定系统可视化研究

为了实现小尺寸精密零件直线度误差的快速准确评定,设计了一套基于数字图像的直线度误差评定系统。分析比较直线度误差的评定方法,提出一种满足最小包容区域法的直线度误差评定的方法——区域-距离改进算法。介绍了该算法的原理,以采集的数字图像为例,设计了直线度误差评定系统,实例计算结果表明,该方法评定精度高,易于实现,并可以实现测量结果的可视化。     

基于3D-DIC方法研究内爆作用下金属圆柱壳体的动态变形特征

针对爆炸容器动态变形的研究,传统方法是采用电阻应变片对某一点的变形进行测量,这种“点应变”测量不能得到结构动态变形的全场数据,并且爆炸产生的带电气体对应变片干扰较大.为克服电阻应变测量的不足,采用双目立体成像的原理对内爆炸载荷作用下的金属壳体动态变形进行测量.获得了直径210 mm、壁厚2.5 mm的金属圆柱壳体在不同TNT当量（20,60,80,100 g）的全场变形.分析壳体的动态变形,拟合了环向、轴向变形和挠度的经验公式,为金属圆柱壳体结构的抗爆设计提供理论依据.     

颗粒材料平面剪切实验与剪切带相关研究

根据流体动力学中库爱特流流动的特点,设计了一种新型颗粒材料平面剪切实验装置,并采用数字图像相关方法(DIC)分析了颗粒材料剪切带的形成过程。结果表明:1该实验装置结合DIC方法可以观测到剪切带的形成过程;2剪切开始时,颗粒孔隙率发生变化,颗粒重新分布,形成了漩涡状剪应变区域,随着剪切的进行,剪应变逐渐增大,带状、漩涡状应变区域半径逐渐减小乃至消失,最终融合形成了一条连续的贯穿整个颗粒面的曲线带状区域,即为剪切带;3剪切带位置处于整个颗粒面上部1/4处,其分布区域宽度是颗粒最小粒径的9~12倍,最大粒径的3~4倍,剪切带平均厚度为分布区域宽度的1/2;4对比不同压强下的剪切实验结果,可以发现剪切带最终形成位置变化不大,压强对剪切带的形成位置影响较小,而剪切带处的剪应变大小与剪切带形成位置有关,剪切位置越深,剪应变越大。     

基于多重分形理论的沥青路面集料离析评价方法

对采集的沥青道路表面数字图像进行二值化处理,通过多重测度理论计算得到沥青道路表面集料分布的谱参数,运用多重分形谱参数表征了沥青路面集料各分布状态下的离析程度。结果表明,沥青道路表面集料的分布有多重分形特性,其谱宽Δα能反映集料分布的不均匀程度,Δα越大表明集料分布越不均匀;通过白色像素占总像素的比率ε调整后的谱宽Δα′(Δα′=Δα·ε)能定量表征集料的离析程度;运用多重分形谱评价沥青道路表面集料离析是一种较为准确、高效、低成本的新方法。     

一个关于数字图像处理的变精度形态学模型

基于形态学的基本理论,通过包含度和集合间大包含度包含关系的定义,建立一种新的变精度形态学模型.该模型与经典形态学相比,在使用上具有更强的灵活性,且经典形态学只是该模型的一种特殊形式.最后通过实验仿真,将其用于图像去噪和边界提取,验证了该模型的灵活性,并且所得效果明显优于经典形态学算法.     

基于纹理细节方向性的混合滤波器加速算法

提出一种基于纹理细节方向性的混合噪音滤波器加速算法（DMNF）。它是针对混合滤波器（MNF）存在着较大的计算负担问题而提出的一种加速算法,该算法在计算相似窗口相似程度时只允许相似窗口中处于0?、45?、90?、135?方向上的像素参与其加权“范数”计算,而忽略其它方向上的像素,以此提高滤波速度。仿真实验证明,DMNF算法在保持MNF的滤波效果的基础上,对各种噪音类型,运算速度均可提高25%以上。     

不同加载速率下的矿岩劈裂破坏特性试验研究

为研究不同加载速率对矿岩劈裂破坏特性的影响,基于数字图像相关(DIC)技术开展矿岩巴西劈裂试验,从抗拉强度、能量演化和水平应变分布等方面分析铁矿石及其围岩在不同加载速率下的劈裂破坏特性。研究结果表明：1)矿岩抗拉强度均随加载速率的增加而增大,其中,围岩抗拉强度随加载速率增大而呈线性增大,而铁矿石抗拉强度先急剧增加后缓慢增加,与加载速率呈幂函数关系。2)随着加载速率增加,矿岩内部总能量和弹性应变能均增大,耗散能则呈下降趋势。加载速率增大后的铁矿石弹性能相比于围岩提升25.78%,岩爆危险性高,合理减缓开采进度可确保矿产开采安全。3)铁矿石和围岩的水平应变随加载速率变化的规律相似,即当加载速率为0.02 kN/s时,铁矿石和围岩应变带从中部向两端延伸,而在高加载速率下,铁矿石和围岩的应变带由两端向圆盘中部汇合;4)不同加载速率变化对矿岩破裂结果的影响不同,当加载速率较低时(0.02 kN/s),矿岩表面水平应变均呈现正态分布,而当加载速率增加后,矿岩端部水平应变突出,且铁矿石相比于围岩更早产生由加载速率变化引起的端部应变集中倾向。     

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。