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物体微小运动/形变的数字散斑测试与研究

袁丹  
【摘要】:激光数字散斑以及计算机技术的快速发展给光测力学带来前所未有的变化,数字散斑测量技术数字实时化的实现,使其广泛运用于实际的测量工作中。物体微小运动与形变测量的方法多种多样,数据越来越精确,算法也越来越先进,但我们对物体微小测量提出的要求也越来越高,如何能够更高效率地测得物体各种情况下的微小运动与形变的研究要求也变得越来越迫切。 数字散斑照相术是一种有效的方法,它因光学系统简单、不需要较高的实验条件、可实时动态测量等特点,被广泛应用。为了得到更加高效率方法和高精度测量数值,走出实验室,更适用于具体实际测量中,本文采用数字散斑摄影的方法,在分析数字散斑技术理论的基础上,对数字散斑系统整体方案的设计架构和使用的改进方法进行了详细的研究。对散斑图进行了理论分析,并提出了一种改进的空间频谱获取位移,采用振幅型的减法模式的叠合,采用子图像对及亚像素处理等多种方法相结合的方式,对测量结果的精度有着进一步的提高。为了让低于20微米的形变测量更加精确,直接对变形前后图片做傅立叶变换得到两个含有指数的函数,构造新函数后在进行傅立叶变换分别得到两峰值。此外对图片的信噪比进行了一系列研究,为在非刚体形变的测量打下基础。 采取双散斑图投影系统对三维位移进行计算,对空间坐标进行定位,以便得到良好的定位精度。由选定的空间坐标系导出本系统测量空间位移的公式,使用旋转方式模拟得到双散斑图法(一个CCD相机)和双目CCD相机系统进行空间位移测量结果比较。它们各有优缺点,机械定位速度快捷但机械所带的误差不可避免,双目CCD精确度较高但计算较大时间长。 针对实际生活中的应用,改进的算法适用非刚体的形变测量,进行数字散斑测量实验。最后通过已得到的空间位移分量,对刚体的平动位移和微小转角进行了实验研究。通过实验验证,本文中的数字散斑测量系统是有效且较精确的,这为进一步把数字散斑测量技术运用于实际生活中的形变研究奠定了基础。


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