1 东南大学土木工程学院江苏省工程力学重点实验室，江苏 南京 211189
2 山东理工大学交通与车辆工程学院，山东 淄博 255090
对棱镜分光式单目立体视觉系统进行了深度方程的推导，修正了棱镜位姿偏移引入的成像误差，分析了位姿引起的成像视场变化。该系统由一个相机与两个具有相同参数的双棱镜组成，相机单次拍摄可获取两幅具有视差的子图像，这可视为两个具有一定夹角的虚拟相机同时成像。采用虚拟点模型与光线追踪法推导深度方程，建立视差与深度方程参数之间的关系，进一步研究了系统中物距与夹角对图像深度信息与视差的影响。棱镜组的人为放置，不可避免地引入位姿误差，进而影响每个成像通道中的成像视场。基于棱镜的旋转与偏移，建立了修正的虚拟点模型，并深入研究了棱镜组位姿对系统成像与视场产生的影响；最后通过实验验证了理论与推导的有效性与准确性。
测量 单目立体视觉 棱镜位姿 深度方程 系统误差 视场评估
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 东南大学江苏省工程力学重点实验室, 江苏 南京 211189
2 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室, 北京 100076
提出了一种基于彩色摄像机的双波长激光剪切散斑干涉测量方法,用于同步测量变形物体的面内和面外位移导数。两束不同波长的激光以相同的入射角,同时对称地照射在被测物体表面。基于改进的迈克耳孙干涉光路并仅用一个相移器,建立了时间相移的双波长激光剪切散斑干涉测量系统。通过一个3芯片彩色相机的绿色和蓝色通道记录两个不同波长激光干涉形成的干涉图。运用Carré算法从分离的绿色和蓝色剪切散斑干涉条纹图中提取出与面内和面外变形导数分量相关的相位。悬臂铝梁的变形测量结果验证了该测试系统的可行性。
测量 双波长剪切散斑干涉 位移导数测量 3芯片彩色相机 光学学报
2020, 40(18): 1812002
1 东南大学江苏省工程力学重点实验室, 江苏 南京 211189
2 山东理工大学交通与车辆工程学院, 山东 淄博 255049
基于激光光路的光波随机相位扰动,分析了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图的形成机理,提出了一种振幅涨落测量法。搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统,并对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明,实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其他方法,得到的前10阶模态条纹图与有限元法计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法,数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化和缺陷更敏感。
相干光学 时间平均-电子剪切散斑干涉法 时间平均-数字剪切散斑干涉法 振动模态测量 有限元模拟
Author Affiliations
Abstract
1 School of Transportation and Vehicle Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China
2 Department of Engineering Mechanics, Southeast University, Nanjing 210096, China
This Letter demonstrates a novel lateral shear interferometer system for simultaneous measurement of three-dimensional (3D) shape and thickness of transparent objects. Multi-frequency fringe patterns can be created by tilting mirrors at different inclination angles. With a single camera, the multi-frequency fringes are recorded in one image. The phase-shift of the fringes can be generated synchronously only by moving a plane-parallel plate along an in-plane parallel direction. According to the feature of transparent materials, the thickness and 3D shape can be reconstructed simultaneously based on the relationship between the in-plane displacement and their characteristics. The experiment was conducted on a thin transparent film subjected to a shearing force, which verifies the feasibility of the proposed system.
120.3180 Interferometry 120.6650 Surface measurements, figure Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 031201
东南大学江苏省工程力学分析重点实验室, 江苏 南京 210096
结合正弦/余弦(sin/cos)滤波技术提出了依据散斑相位条纹图的条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向,依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口,对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波,再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明,该滤波法能有效保护条纹相位跳变信息,对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图,仍能进行有效的条纹滤波处理,滤波后的相位条纹图更逼近于原始条纹走向。
图像处理 自适应滤波 正弦/余弦滤波 相位条纹图 电子散斑干涉技术 数字全息干涉技术
东南大学 江苏省工程力学分析重点实验室, 江苏 南京 210096
建立了非接触光学测量实验系统, 对薄壁球壳受刚性平面压缩的连续变形及失稳行为进行了实验研究。实验以理想弹塑性材料制成的薄且壁厚均匀的乒乓球为压缩对象, 采用透明石英玻璃板作为刚性平面, 用相机透过玻璃板采集清晰的散斑图像。然后利用具有非接触、全场、高精度等优点的三维数字图像相关(3D-DIC)技术对与刚性平面接触的乒乓球表面的连续变形进行直接测量, 同时利用二维数字图像相关技术结合压力传感器得到对应的力-位移关系。实验研究表明, 基于3D-DIC方法测量三维表面变形场, 实现了对受刚性平面压缩的乒乓球表面从局部压平阶段到轴对称屈曲阶段, 进而演化到非轴对称屈曲阶段等力学行为的可视化。实验结果表明, 对乒乓球半径的测量精度可达0.5%, 利用Abaqus有限元方法得到的结果与实验结果非常吻合, 验证了所提方法的有效性。
数字图像相关 连续变形测量 三维变形测量 薄壁球壳 屈曲 digital image correlation continuous deformation measurement 3D deformation measurement thin-walled sphere buckling
东南大学江苏省工程力学分析重点实验室, 江苏 南京210096
利用三维数字图像相关(DIC)技术对薄壁球壳受刚性球面压缩的连续变形及失稳过程进行实验研究。实验中，由于乒乓球具有理想的弹塑性材料特性以及薄且均匀的壁厚，所以采用乒乓球作为压缩对象，以透明石英玻璃球作为刚性球面，通过配制与玻璃球折射率一致的折射液来消除因玻璃球折射导致的图像畸变影响，从而解决被测表面因遮挡而不可见的问题。利用三维DIC 技术对与刚性球面接触的乒乓球表面在压缩过程中的连续变形进行直接测量。实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明，通过三维DIC 测量得到的乒乓球表面受刚性球面压缩产生的塑性环半径与理论结果非常吻合。
测量 数字图像相关 薄壁球壳 接触变形 折射液 可视化 光学学报
2015, 35(11): 1112001
栅线投影三维测量中通过标定技术把二维的相位信息转化为高度信息，提出了一种基于双参考平面的等相位坐标标定方法。该方法利用被测物体上相位和两个参考平面上相位相同的位置坐标，通过线性插值得到物体表面的高度，而不是传统方法中将物体上的相位直接减去参考平面上同一坐标下的相位得到绝对相位，再建立高度和绝对相位之间的函数关系（将此类方法称为等坐标相位法）。所提方法能够同时解决相位高度转换以及由于栅线投影系统的非线性响应导致的非正弦性误差的问题。理论和实验证实了该方法的有效性。结果显示，等相位坐标法得到的主要由条纹的非正弦性引起的均方根(RMS)误差不到等坐标相位法的一半。
图像处理 三维形貌测量 标定 等相位坐标 非正弦误差
东南大学 江苏省工程力学分析重点实验室, 江苏 南京 210096
为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量, 提高测量速度, 提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的红色和蓝色通道合成为彩色条纹, 由数字视频投影仪将四步相移彩色条纹投影到被测物体, 然后利用彩色CCD或CMOS相机采集4幅彩色条纹图并存储于计算机中。基于色彩分离技术得到8幅两种不同频率的四步相移条纹图并由图像灰度算法获得1幅反映背景的灰度图像; 由低频条纹确定台阶状的物体边缘, 高频条纹计算物体的形貌, 并通过背景图像的二值化定位阴影和不连续区域。提出的方法仅用4幅彩色图像完成了台阶状不连续或孤立物体三维形貌的准确测量。与现有的多频4步相移条纹投影形貌测量技术需要8~12幅图像相比, 该方法有效地减少了条纹投影与图像采集的数量。
三维形貌测量 彩色双频条纹投影 相位解包裹 台阶状不连续物体 3D shape measurement dual-frequency color fringe projection phase unwrapping object surface with steps or discontinuities
