宁波大学机械工程与力学学院,浙江 宁波 315211
数字图像相关法作为一种直接有效的非接触、全场光学测量方法,已广泛地应用于各个领域材料和结构的二维/三维位移和应变测量。结合先进的散斑制备技术,在显微镜下进行原位加载实验,可实现微尺度数字图像相关位移和应变测量。微尺度下试样加载过程中将不可避免地出现离面位移,由于光学显微镜景深限制,微小的离面位移将导致散斑图像失焦模糊,从而为变形测量带来相应的误差。为减小这种失焦模糊带来的误差,采用盲去卷积方法对散斑图像去模糊,并针对噪声问题采用高斯滤波的方法对散斑图像进行去噪,定量分析了图像复原对数字图像相关测量精度的影响,并对indium tin oxide(ITO)薄膜进行了拉伸实验。实验结果表明,图像复原后测量的弹性模量误差减小了13.91%,应变测量结果的精度与稳定性更高。
图像处理 数字图像相关 图像复原 噪声去除 微尺度 变形测量 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1410004
西南交通大学机械工程学院,四川 成都 610031
提出一种利用深度学习提取散斑变形图像位移场的算法。对比几种主流光流网络模型在散斑图像上的计算精度,将全局运动聚合(GMA)光流网络引入数字图像相关法,使用光流网络模型预测的位移场作为亚像素迭代算法的初值,最后结合逆合成高斯-牛顿法计算散斑图像的亚像素位移场。结果表明,与几种主流的数字图像相关算法相比,GMA光流网络初值的计算精度和计算效率更高,适用于大变形测量,是一种兼顾计算速度和精度的变形测量算法。对木块材料进行压缩实验,结果充分显示了所提方法在散斑变形测量中的有效性。
图像处理 数字图像相关法 深度学习 GMA 变形测量 光学学报
2023, 43(13): 1310002
东南大学土木工程学院工程力学系,江苏 南京 210096
大型结构全周高精度三维动态变形测量对大型或超大型结构的力学性能研究有着重大意义。三维数字图像相关作为一种结构简单、非接触、精度高的全场变形测量技术,可以为大型结构变形测量提供有效的测量手段。首先介绍三维数字图像相关测量的基本原理。在大型结构多相机全周变形测量方法中,将介绍大尺度散斑制作、大视场三维标定、多相机系统坐标统一、相机外参实时标定等关键技术的研究工作。最后,针对土木工程领域与航空航天领域的实际需求,介绍大型结构高精度三维动态变形测量的应用,包括盒式结构地震模拟振动台试验测量、悬索穹顶结构连续坍塌试验全周高速变形测量、运载火箭舱段荷载试验全周变形测量。大型结构全周高精度三维动态变形测量将为大型建筑结构抗震性能分析、大型结构力学建模和破坏机理研究提供可靠的实验分析手段。
大型结构 三维动态变形测量 多相机测量 数字图像相关 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811013
1 东南大学江苏省工程力学重点实验室, 江苏 南京 211189
2 北京环境强度研究所可靠性与环境工程技术重点实验室, 北京 100076
将水转印工艺与数字图像处理方法结合,提出水转印栅线相移云纹法,该方法可用于聚氨酯类超弹性材料大变形测量。通过水转印制作试件栅与参考栅,并采用计算机对两者的数字图像进行算术相减,得到数字相移云纹条纹;运用Carré算法从相移云纹条纹图中提取出面内变形相关的相位。所提方法仅用一幅试件栅与参考栅图像实现试样变形信息的自动、准确提取,可为动态大变形的测量提供一种成本低、有效精确的测试手段。给出了所提方法用于聚氨酯圆环静载压缩变形定量测量,及圆棒的冲击压缩动态变形特性实验研究的结果。
光栅 水转印栅法 数字相移云纹 变形测量
1 上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学与力学研究所, 上海 200444
2 湖州师范学院工学院, 浙江 湖州 313000
3 中国船舶科学研究中心江苏省绿色船舶技术重点实验室, 江苏 无锡 214082
4 上海市能源力学重点实验室, 上海 200444
提出了一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的船用螺旋桨3D变形测量方法。测量系统由双目立体相机、闪光灯和同步装置组成,采用空泡水筒对螺旋桨进行加载。首先,用基于极线约束的自标定方法对系统的外部参数进行标定,以获得桨叶表面的3D位移分布。然后,对重构的桨毂部分进行点云配准,得到变形后螺旋桨叶根部点云的平移向量和旋转矩阵,以消除桨毂位置差异导致的刚体位移。最后,构建了空气-玻璃-水三种介质的折射光路,对3D重构的物点坐标进行折射修正,得到空泡水筒中桨叶的真实3D形貌。实验结果表明,用本方法对空泡水筒中螺旋桨的变形情况进行测量,可得到螺旋桨叶片在固定相位下的全场3D位移分布,为船用螺旋桨的变形测量提供了一种可行的非接触、全场测量方案。
测量与计量 三维变形测量 数字图像相关 相机自标定 折射修正 光学学报
2021, 41(12): 1212001
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