1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
2 北京空间机电研究所，北京 100094
3 大恒新纪元科技股份有限公司，北京 100080
数字剪切散斑干涉技术已被广泛应用于复合材料无损检测，但常规检测面积有限，难以完成大尺寸复合材料的缺陷检测。提出了一种投影辅助数字剪切散斑干涉大尺寸复合材料扫描检测方法，该方法基于数字剪切散斑干涉技术并利用辅助投影引入额外表面特征，通过分视场间投影图的单应性矩阵计算分视场间实物图和散斑干涉图的全局匹配和坐标统一，完成了投影图-实物图-干涉图的多视场扫描与匹配拼接，同时在单视场检测引入4f光路及超广角镜头扩大单次检测面积。实验结果表明：此扫描检测系统能够实现缺陷位置、尺寸较精确的测量，位置定位均方根误差为7.0 mm，尺寸测量误差的均方根值为4.9 mm。在1.2 m的工作距离下单次检测面积可达600 mm×500 mm，全局扫描检测面积高达3.5 m×4.0 m。此方法具备抗刚体位移干扰强，缺陷检测灵敏度高的优点，适合大尺寸高性能复合材料无损检测现场使用。
数字剪切散斑干涉 大尺寸 投影辅助 无损检测 复合材料 digital shearography large-size projection assistance non-destructive testing composite materials 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210509
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
气泡缺陷检测作为评估微晶玻璃材料性能的重要环节, 可指导微晶玻璃原坯切割与再加工, 充分发挥其稳定的光学特性。针对环形光源照射微晶玻璃圆柱试样时, 视场背景亮度不均匀且微晶玻璃外周边界被增亮的问题, 提出了一种基于灰度及几何特征的微晶玻璃气泡检测算法。算法先根据图像局部灰度特征利用Canny边缘检测算子获取疑似气泡轮廓, 再基于气泡几何特征剔除微晶玻璃外周边界的虚假目标获得真实气泡缺陷信息。实验结果表明该算法能有效提取气泡缺陷, 提高气泡缺陷检测准确率。
微晶玻璃 视觉检测 图像处理 灰度和几何特征 glass-ceramic visual inspection image processing grayscale and geometric features
北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
传统空间载波型数字散斑干涉技术(SC-DSPI)由于光路结构的限制,视场角很小,导致单次测量面积有限。提出一种大视角SC-DSPI光路,在传统SC-DSPI光路基础上增加4F光学系统进行图像传递,使得光路能够应用短焦镜头进行成像,以扩大测量视场角,从而实现大视场测量。实验结果表明,当测量距离为310 mm时,所提大视场SC-DSPI系统能够实现直径为180 mm物体的全场变形测量,且所得到的相位图质量高,测量效果良好。
测量 数字散斑干涉 空间载波 数字全息干涉 4F光学系统 大视场 变形测量
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
传统的纸张厚度测量方法只能测量纸页某一点厚度, 该类方法会因为纸张厚度全场分布不匀带来测量误差。针对该问题, 提出利用数字散斑投影的纸页厚度检测方法, 向待测纸页投射散斑图案, 并构建散斑投影的实验测量系统, 通过三维数字图像相关的算法处理, 得到纸页的形貌以及厚度。实验表明, 对纸张厚度名义值为0.180 mm的实验样品进行测量, 结果为0.177 mm, 对该方法进行重复实验, 测得的相对误差小于4%, 而且该方法能够直观地显示纸页的全场分布。此外, 提出的纸页厚度测量方法具有结构简单、非接触式测量、全场测量等优点, 为纸页生产中的厚度检测提供了新思路。
数字图像相关 散斑投影 纸页厚度 散斑质量 digital image correlation speckle projection paper sheet thickness speckle quality
1 天津大学 精密测试技术与仪器国家重点实验室,天津 300072
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100101
3 奥克兰大学 机械工程系, 美国密歇根州罗彻斯特 48309
针对数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)测量中散斑噪声干扰会导致相位提取困难、测量灵敏度降低的问题, 提出基于能量的DSPI相位图正余弦滤波法, 克服传统滤波方法不具有自适应性的不足, 提高了相位图质量。该方法根据正交小波包能量估算DSPI相位图中的噪声能量; 对相位图分别进行正余弦变换, 采用均值法平滑处理; 利用噪声能量设定滤波阈值, 实现相位图有效滤波, 文中将噪声能量与正余弦滤波结合可以自适应地进行降噪处理, 利用能量控制图像滤波效果。仿真和实验结果表明, 基于能量的正余弦滤波法较传统方法可以减少50%的循环次数。证明了本文提出的方法能够有效地对数字散斑干涉相位图进行滤波, 提高信噪比。
数字散斑干涉技术 相位图 正余弦滤波 噪声能量 Digital Speckle Pattern Interferometry(DSPI) phase map sine-cosine filtering noise energy
1 天津大学 精密测试技术与仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
3 奥克兰大学 机械工程系, 罗切斯特 48309
采用CCD相机采集物体变形前后的散斑图片, 利用一维经验小波变换对散斑图片进行逐行分解, 获得一系列的固有分量. 根据分解后分量的核概率密度函数提出基于核概率密度的自适应降噪法, 去除噪声干扰, 提取跟变形信息相关的分量并重构, 利用重构后的每一行获得变形前后重构散斑图. 采用Hilbert法计算重构后散斑图的相位, 对变形前后散斑图相位进行相减, 根据相位差进行解包裹获得物体表面变形信息.实验结果表明该方法能够有效地对物体表面变形进行测量, 且测量精度较经验模态分解提高4倍.
数字散斑干涉 相位提取 经验小波变换 表面变形 核概率密度估计 Digital speckle pattern interferometry Phase retrieval Empirical wavelet transform Surface deformation Kernel probability density
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 大唐移动通信设备有限公司, 北京 100083
3 奥克兰大学 机械工程系, 美国 罗彻斯特 48309
为解决传统相位解包裹法不能够用于非连续表面的动态变形测量的缺点, 在详细阐述基于时空三维相位解包裹技术的数字散斑干涉术的工作原理和测量步骤基础上, 应用数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹测量非连续表面动态变形.实验证明, 当采用每秒70帧的普通相机拍照时, 可实现最快形变速率为25.12 μm/s的非连续表面动态变形测量.本文所提方法扩展了数字散斑干涉术的测量范围, 增强其应用能力.
电子散斑干涉术 变形测量 动态测量 相位分布 振动测量 相位解包裹 非连续表面 Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) Deformation measurements Dynamic measurements Phase distribution Vibration measurement Phase unwrapping Discontinuous surface
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100101
2 诺基亚通信系统技术(北京)有限公司, 北京 100102
3 奥克兰大学 机械工程系, 美国 密西根州 罗彻斯特市 48309
提出了利用数字图像相关技术测量印刷电路板全场微应变的方法, 用于评估电路板由应力所导致的失效风险, 克服传统实验测试方法不能有效测量全场应变以及难以给出应变集中区域的不足。设计了基于三维数字图像相关技术和应力加载策略的实验方法, 通过所获得的全场主应变分布及局部区域内应变历史曲线来评估电路板的失效风险。实验结果表明, 所提出的电路板微应变测量方法的重复性优于100 με, 能够有效地获得电路板全场的微应变分布, 尤其是能够直观地显示电路板应变超过额定值的区域分布, 为改进电路板设计、降低电路板失效风险和保护电子元器件的安全提供了重要的实测数据。
数字图像相关 印刷电路板 应变测量 风险评估 digital image correlation printed circuit board assembly strain measurement risk evaluation 红外与激光工程
2017, 46(11): 1103004
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 奥克兰大学 机械工程系, 美国密西根州罗彻斯特市 48309
在实际工程应用中, 对材料形貌和结构变形等参量的检测是必不可少的, 而且往往需要进行多参量同时测量。针对该背景, 采用数字散斑干涉与数字条纹投影相结合的测量方法,设计了一种集成光路, 通过在数字散斑干涉实验光路中引入一个投影设备, 实现物体表面形貌和微变形的同时测量。所提出的方法具有全场非接触测量的优点, 且测量光路简单、操作方便、效率高、可靠性强。该方法的形貌测量分辨率优于10 μm, 形变测量分辨率优于30 nm。
数字散斑干涉 数字条纹投影 形貌 微变形 digital speckle pattern interferometry digital fringe projection contour micro deformation
