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白光数字图像频域分析法及其应用研究

许方宇  
【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。


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