论文题目: 白光数字图像频域分析法及其应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 许方宇
导师: 计欣华
关键词: 频域分析,位移测量,数字相移,数字条纹倍增,白光散斑,图像处理
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文研究一种基于计算机数字图像频域分析的全场、非破坏、无需相干光源的位移和应变的测量方法。用CCD摄像机记录变形或运动前后灰度的图像,将其数字化,以物体表面随机的灰度分布或特征斑纹为载体,对变形前后的图像通过频域相关算法分析和提取位移信息,可以用逐点和全场的条纹显示。该方法的测试系统简单,对于测试表面一般无需特殊处理,对于照明可以是自然光或室内一般灯光,因此方法对于环境和防震等无特殊要求。在傅立叶光学和单光束双曝光激光散斑干涉法分析的基础上,本文推导了白光数字图像频域分析法位移测量的基本公式。本文中针对白光数字图像频域分析法位移测量的数据自动分析的需要,提出了数字相移技术和数字倍增技术,推导了相应公式。相移和倍增无须附加任何光学元件,充分利用了计算机数字图像处理能力并使得白光数字图像频域分析法的位移信息的提取实现自动化。文章中用虚拟图像的变形、旋转和变形;实物圆盘的旋转及悬臂梁端部受集中载荷试件的位移计算结果证明了白光数字图像频域分析法的可行性和正确性。作为白光数字图像频域分析法的应用,本文研究了特种有机玻璃材料的断裂特性,纸浆模塑材料的力学性能和扫描电镜图像的位移场。以上实例显示了白光数字图像频域分析法对于细微关尺度力学分析的能力及其对于不同的照明条件和不同的物表面条件的适应性,可以推想白光数字图像频域分析法也可用于工程大型构件的力学分析。对于白光数字图像频域分析法的精度、灵敏度、适用范围本文也进行了分析。白光数字图像频域分析法从信息的采集到处理完全由计算机完成,测试系统简单,无需相干光照明,对测试环境无特殊要求,充分利用了计算机的数字图像处理能力,是一种适合工程应用的有发展潜力的位移测试方法。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 利用物体表面随机特征测量位移和应变等力学量的方法回顾
1.1 散斑计量技术的回顾
1.1.1 双光束散斑干涉法
1.1.2 单光束散斑干涉术
1.1.3 白光散斑法
1.1.4 电子散斑法和电子剪切散斑
1.1.5 数字图像相关法
1.1.6 白光数字图像频域分析法
1.2 本文的主要工作
第二章 白光数字图像频域分析法的原理
2.1 白光数字图像频域分析法的记录
2.2 白光数字图像频域法的逐点分析
2.3 白光数字图像频域法的全场分析
2.4 本章小结
第三章 白光数字图像频域分析法的模拟验证
3.1 模拟平移实验
3.2 模拟旋转实验
3.2.1 模拟旋转的逐点分析实验
3.2.2 模拟旋转的全场分析实验
3.3 模拟纵向拉伸实验
3.4 本章小结
第四章 白光数字图像频域分析法的实验验证
4.1 圆盘旋转面内位移场测量实验研究
4.1.1 实验基本情况说明
4.1.2 逐点分析法原理验证实验
4.1.3 全场分析法计算原理验证实验
4.2 悬臂梁自由端受集中载荷时位移场的测量
4.2.1 实验参数和记录过程
4.2.2 全场分析结果
4.2.3 逐点测量结果
4.2.4 结论和讨论
4.3 本章小结
第五章 白光数字图像频域法的条纹自动处理技术
5.1 用于白光数字图像频域分析法的数字相移技术
5.1.1 白光数字图像频域逐点分析的数字相移原理
5.1.2 数字散斑图像全场分析的相移法原理
5.2 条纹倍增原理
5.3 数字相移法实验验证
5.3.1 逐点分析实验
5.3.2 用逐点分析法测全场位移
5.3.3 全场分析法实验
5.4 相移与非相移方法的对比
5.4.1 悬臂梁全场位移测量对照实验
5.4.2 悬臂梁上逐点位移测量分析对照实验
5.5 条纹倍增验证实验
5.5.1 平移亚像素位移逐点分析条纹倍增实验
5.5.2 旋转物体亚像素位移逐点分析条纹倍增实验
5.6 本章小结
第六章 白光数字图像频域分析法的应用研究
6.1 特种有机玻璃材料断裂性能研究
6.1.1 实验参数与图像记录
6.1.2 实验结果
6.1.3 实验结论
6.2 四边固支方板离面位移测量
6.2.1 实验参数和记录
6.2.2 实验结果和讨论
6.3 高弹模材料矩形板上边中部集中受压时的位移和应变场测量
6.3.1 实验参数和记录
6.3.2 实验结果和讨论
6.4 各向异性的纸浆模塑材料力学特性研究
6.4.1 实验参数和记录
6.5 从扫描电镜图像分析细微观位移与应变场
6.5.1 实验参数和记录
6.5.2 实验结果和讨论
6.6 本章小结
第七章 白光数字图像频域法测量精度与适用范围的分析
7.1 逐点测量时等位移区域大小对测量结果的影响
7.2 斑点大小对测量的影响
7.2.1 实验基本情况描述
7.2.2 实验
7.2.3 实验结论
7.3 不同纹理对测量的影响
7.3.1 半透明物体位移测量实验
7.4 不同拍摄质量对测量的影响（亮度变化和离焦）
7.4.1 实验基本情况
7.4.2 实验结果
7.5 测量精度分析
7.5.1 系统误差分析
7.5.2 随机误差分析
第八章 本文总结
8.1 本文所做工作的总结
8.2 可以进一步进行的工作的设想
8.3 本文创新之处
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-04-17
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