1 安徽建筑大学 机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室,安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室,四川 自贡 643000
4 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026
为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题,提出一种改进的多曝光融合方法,利用自适应曝光代替手动曝光,并对图像融合过程进行优化。首先,将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析,将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组,分别计算出每个组别的最佳曝光时间;在此基础上,拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像,并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域,再将投射白光处理后的图像制作成掩模图,与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘,进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合;最后,通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度,并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明:文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性,U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%,测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm,相对误差仅为0.69%,该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题,提高了三维轮廓的测量精度。
高动态范围表面物体 自适应曝光时间 多曝光融合技术 三维轮廓检测 high dynamic range surface objects adaptive exposure time multi-exposure fusion technology 3D contour detection 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230370
光子学报
2023, 52(12): 1212004
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室, 安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室, 四川 自贡 643000
配油盘作为液压系统的核心元件之一, 其曲面尺寸是否合格直接关系到液压系统的性能。针对其表面部分轮廓特征提取困难、测量误差较大的问题, 提出一种基于附加图像边缘检测的球面分割及尺寸测量方法: 首先, 采用Sobel算子对拍摄的配油盘图像边缘进行锐化并提取球面部分轮廓形成掩膜; 然后, 借助掩膜分割出球面部分的四步相移图, 采用四步相移法求解相位主值, 并使用双频外差法展开相位; 最后, 通过系统标定, 计算得到配油盘球面部分的三维点云数据, 并进行球面拟合。试验结果表明: 采用该方法能够分割出较为清晰的球面部分点云图, 基于点云数据拟合的测量精度99.238%, 高于依据高度分割、区域生长分割、RANSAC(random sample consensus)分割和手动框选等方法的测量精度, 实现了配油盘球面尺寸的高精度测量。
轮廓分割 配油盘 球面拟合 光栅投影 尺寸测量 contour segmentation oil distribution plate sphere fitting fringe projection size measurement
光学 精密工程
2022, 30(18): 2195
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警重点实验室,安徽 合肥 230601
3 工程机械智能制造重点实验室,安徽 合肥 230601
热红外成像在人脸识别中具有重要的应用价值,但存在分辨率低、细节不清、边界模糊等不足。通过分析人脸长波红外偏振图像的特征,研究偏振探测技术对人脸热红外成像纹理细节的增强效果;基于高斯差分(DoG)边缘特征图像修正色域通道映射权重,提出一种人脸偏振热像RGB空间融合框架;利用方向梯度直方图(HOG)获取红外偏振人脸特征,提出一种基于支持向量机(SVM)的人脸识别方法。实验结果表明,偏振探测能够增强人脸红外热像的纹理和细节,RGB色域融合可以提高人脸长波红外热像的结构相似性,偏振红外人脸热像的质量指标整体优于普通红外热像;利用偏振红外人脸热像进行人脸识别时,所提框架的精度可达到75.6%。
偏振热像 人脸识别 色域融合 支持向量机 激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1233001
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室,安徽 合肥 230601
为揭示疲劳损伤过程中金属表面形貌特征的变化规律,以Q235碳钢试样为对象,采集各疲劳损伤阶段试样表面的三维形貌信息并将其转化为灰度图,采用快速离散剪切波变换对图像进行分解和重构,获取到包含粗糙度、波纹度、形状误差信息的子图。利用灰度共生矩阵描述粗糙度子图纹理特征,得到了疲劳损伤过程能量、相关值、反差和逆差矩4类特征参数的变化规律。取一系列分解层数,开展多分辨分析,对比分析了不同分解层数对上述特征参数值的影响。结果表明:随着循环周次的增加,能量值和逆差矩值降低,反差值增加,上述特征量值的大小与提取方向的选取有关。疲劳断裂前,能量和逆差矩值突然升高,反差值突然降低。基于反差、能量和逆差矩三特征构建了支持向量机分类模型,此模型可用于构件疲劳损伤状态的评估。
图像处理 金属表面 三维形貌 特征提取 多分辨分析 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0815012
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警重点实验室,安徽 合肥 230601
3 工程机械智能制造重点实验室,安徽 合肥 230601
红外热像法是检测金属疲劳损伤状况有效的方法,但是忽略了疲劳损伤过程中表面显微结构对自发辐射的影响,难以从微观角度对红外热像特征进行完整解释。金属疲劳是一个复杂的能量耗散过程,自发辐射具有偏振特性。在红外热像法中引入偏振探测,不仅能够获取温度场信息,而且能够获得包含发射率变化的表面纹理信息。基于此,搭建拉伸疲劳实验平台和偏振热像采集平台,以Q235低碳钢材料为研究对象,获取循环载荷作用下金属材料表面的热红外偏振图像,利用灰度共生矩阵(GLCM)提取偏振方位角、偏振度以及斯托克斯(Stokes)参量等热像纹理信息,分析金属疲劳损伤过程中金属材料的表面形貌的演化过程。实验结果表明,金属构件偏振热像纹理特征随着疲劳损伤周次不断变化,共生矩阵统计量呈现一定规律性。
表面光学 红外偏振 疲劳损伤 热像纹理 灰度共生矩阵 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0424001
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室,安徽 合肥 230601
为研究激光选区熔化(SLM)316L不锈钢在冲击载荷下的动态力学性能,使用SLM技术制备316L不锈钢试样。采用万能实验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对其进行准静态及动态压缩力学性能测试,同时将测试结果与传统316L不锈钢作对比,并通过微观形貌观测分析材料的显微结构与力学性能之间的内在联系。建立Johnson-Cook(J-C)本构模型进行SLM 316L不锈钢动态力学行为的预测与表征。实验结果表明,SLM 316L不锈钢试样在力学测试中表现出典型的弹塑性特征和显著的应变率强化效应。与传统316L相比,SLM 316L组织内存在微米尺寸的胞状结构,因此在动态强化阶段具有较高的硬化模量。然而由于塑性变形产生的残余应力,冷轧316L试样具有较高的屈服强度。通过实验数据对原始J-C模型进行修正,可以精确描述SLM 316L试样的动态力学行为。
激光光学 激光选区熔化316L不锈钢 分离式霍普金森压杆 微观组织 本构模型 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2314009
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警重点实验室, 安徽 合肥 230601
3 偏振光成像探测技术安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 工程机械智能制造重点实验室, 安徽 合肥 230601
为了研究金属表面的偏振特性,分析光与物体相互作用的物理机理。首先,根据微面元散射特性,将目标表面的反射分为镜面反射、漫反射和体散射,并建立了三分量偏振双向反射分布函数模型。然后,利用非线性最小二乘法对模型参数进行优化。基于开源数据的仿真实验结果表明,相比其他函数,该函数拟合的曲线与实测结果更吻合;且描述不同金属表面偏振特性时的精度更高,能准确反映金属材料表面的反射信息,为研究金属表面的偏振特性提供了新思路。
材料 金属表面 偏振 体散射 双向反射分布函数 光学学报
2021, 41(11): 1129002