數(shù)字散斑干涉三維變形測量系統(tǒng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、三維變形測量在航空航天、機(jī)械工程、土木工程和材料科學(xué)等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)字散斑干涉法(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)作為一種新興的現(xiàn)代光學(xué)測量技術(shù),具有全場、非接觸、精度高和速度快等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于物體的變形分析、形貌測量和缺陷檢測。二維數(shù)字散斑干涉技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟,尤其是高精度相位提取技術(shù)的引入使得該方法的測量結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)自動實(shí)時輸出。但是數(shù)字散斑干涉法用于三

2、維變形測量至今尚未完善,仍有許多問題有待解決,如三個位移分場之間還不能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立和同步測量等。因此,采用數(shù)字散斑干涉法開展三維變形的獨(dú)立、同步和實(shí)時測量方法與裝置研究具有非常重要的學(xué)術(shù)意義和廣泛的應(yīng)用價值。
　　本文綜述了數(shù)字散斑干涉法用于三維變形測量的研究現(xiàn)狀,分析了限制這些三維變形測量方法得到進(jìn)一步發(fā)展的因素,在此基礎(chǔ)上對數(shù)字散斑干涉實(shí)現(xiàn)三維變形獨(dú)立、同步和實(shí)時測量進(jìn)行了深入的研究,并對復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷進(jìn)行了無損檢測研究。另外

3、,本文還對數(shù)字圖像相關(guān)中散斑圖光照不均勻校正和數(shù)字散斑干涉中圖像濾波降噪開展研究。本文的主要研究工作和成果如下:
　　1.針對散斑圖光照不均勻變化會影響數(shù)字圖像相關(guān)計算精度,提出了一種基于形態(tài)學(xué)Top-Hat變換的散斑圖光照不均勻校正方法,并利用數(shù)值模擬實(shí)驗驗證了該校正方法的可行性。
　　2.針對數(shù)字散斑干涉中條紋圖或包裹相位圖所含隨機(jī)噪聲會影響相位提取精度,在已有濾波算法的基礎(chǔ)上采用同態(tài)濾波方法,Goldstein濾波方法

4、和快速離散曲波變換(Fast Discrete Curvelet Transform, FDCT)濾波方法對數(shù)字散斑干涉條紋圖進(jìn)行降噪處理,同時采用窗口傅里葉變換(Windowed Fourier Transform, WFT)濾波方法對包裹相位圖進(jìn)行降噪處理。
　　3.根據(jù)二維數(shù)字散斑干涉的基本原理,提出了既可以實(shí)現(xiàn)三維變形獨(dú)立、同步和實(shí)時測量,又可以實(shí)現(xiàn)離面變形及其一階導(dǎo)數(shù)獨(dú)立、同步和實(shí)時測量的三維數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)。

5、>　　4.研制了測量三維變形的三維數(shù)字散斑干涉測量系統(tǒng),并對系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計和合理布局,同時開發(fā)了用于三維變形測量的配套圖像采集軟件,并介紹了軟件的主要功能。在圖像采集軟件中,采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個圖像采集窗口同步監(jiān)控,并采用幀差技術(shù)實(shí)現(xiàn)了采集圖像的實(shí)時相減。
　　5.利用所研制的三維數(shù)字散斑干涉測量系統(tǒng)對三維變形測量進(jìn)行了實(shí)驗研究。首先對三點(diǎn)彎曲簡支梁的二維和三維變形分別進(jìn)行了測量;其次對固支薄板的離面變形及其一階導(dǎo)數(shù)分布進(jìn)