1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
针对传统位姿测量的不足，提出了一种基于三维数字图像相关（3D-DIC）法的空间刚体位姿估计方法，该方法利用双目相机拍摄待测物运动前后的图像序列，通过3D-DIC方法进行匹配计算，获得待测物运动前后的全场坐标信息，选择计算点坐标后对其进行奇异值分解，求得位姿参数。针对3D-DIC在测量大旋转时误差较大的情况，提出了一种增加中间图像的匹配计算方法。通过平移自由度和旋转自由度的实验验证，本文方法可实现空间刚体多个位姿参数的测量，三个平移自由度的测量误差均小于0.07 mm，测量角度小于10°时，偏航角和滚转角的测量误差均小于0.2°。
测量 数字图像相关法 位姿估计 六自由度
西南交通大学机械工程学院，四川 成都 610031
在对图像位移进行测量时，不同亚像素位移迭代算法的性能不同，将反向组合对角近似算法和反向组合Dog-Leg算法用于数字图像相关法并进行位移测量，同时对反向组合Levenberg-Marquardt算法的参数更新策略进行简化，以反向组合高斯牛顿（IC-GN）法作为对比，通过模拟散斑图像和真实散斑图像的压缩变形实验，对3种算法的性能进行对比，并进行相应的评估。实验结果表明：在模拟散斑实验中，各个算法在收敛速度、收敛频率和计算速度上各有不同；在真实实验下，小变形实验得到与IC-GN法相似的精度，大变形实验得到的收敛半径更大。
测量 数字图像相关法 亚像素位移 反向组合对角近似算法 反向组合Levenberg-Marquardt算法 反向组合Dog-Leg算法
西南交通大学机械工程学院，四川 成都 610031
提出一种利用深度学习提取散斑变形图像位移场的算法。对比几种主流光流网络模型在散斑图像上的计算精度，将全局运动聚合（GMA）光流网络引入数字图像相关法，使用光流网络模型预测的位移场作为亚像素迭代算法的初值，最后结合逆合成高斯-牛顿法计算散斑图像的亚像素位移场。结果表明，与几种主流的数字图像相关算法相比，GMA光流网络初值的计算精度和计算效率更高，适用于大变形测量，是一种兼顾计算速度和精度的变形测量算法。对木块材料进行压缩实验，结果充分显示了所提方法在散斑变形测量中的有效性。
图像处理 数字图像相关法 深度学习 GMA 变形测量 光学学报
2023, 43(13): 1310002
1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院, 合肥 230601
2 中国科学技术大学 近代力学系, 合肥 230027
为了解决常规数字图像相关法应用于高温工况下热应变测量时, 人工制作的散斑受高热载荷冲击容易出现变色、熔化、脱落的问题, 采用激光散斑作为数字图像相关法特征纹理的方法, 计算温度变化前后散斑图像相关性来测量金属热应变, 进行了非真空环境下加热试件的实验, 以及在管式加热炉中分别对铝试件和钨试件进行人工散斑和激光散斑的真空加热实验对比, 取得了相应的散斑图像, 并计算出平均应变曲线数据。结果表明, 在非真空环境下, 由于热流扰动导致激光散斑图像抖动较大, 测量出的热应变曲线存在较大的干扰噪声; 铝从室温升至450 ℃和钨从室温升至800 ℃的热应变与人工散斑结果相对一致; 激光散斑数字图像相关法在类似聚变堆偏滤器高真空、高热流条件下, 可以有效地测出金属壁面的动态热应变。该研究为聚变堆偏滤器第一壁材料的损伤诊断提供了新思路。
测量与计量 热应变 激光散斑 数字图像相关法 人工散斑 measurement and metrology thermal strain laser speckle digital image correlation method artificial speckle
1 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点试验室, 武汉 430081
2 浙江自立高温科技股份有限公司, 绍兴 312300
钢渣侵蚀是耐火材料在服役过程中的主要损毁形式之一, 实际侵蚀过程难以直接观察。传统上采用蚀后分析方法来评价耐火材料的抗侵蚀能力和了解侵蚀机理, 但易缺少过程信息, 导致结果存在偏差。因此, 本文在高温可视化系统基础上, 结合数字图像相关法, 选取三种典型钢渣, 开展铝镁质耐火材料的渣蚀行为研究, 并探讨了不同钢渣及热处理温度对材料抗侵蚀能力的影响。结果表明: 碱度越低的熔渣对铝镁质耐火材料的侵蚀越严重; 对铝镁质耐火材料进行1 000 ℃以上的热处理, 可有效提高材料的抗侵蚀能力; 通过数字图像相关法可以获得随时间变化的平均应变曲线和侵蚀应变云图, 其中平均应变曲线可以对比铝镁质耐火材料对不同钢渣的抗侵蚀能力, 侵蚀应变云图可以反映侵蚀的演变过程, 两者为耐火材料渣蚀过程的表征提供了量化指标。
铝镁质耐火材料 渣蚀行为 高温可视化 数字图像相关法 热处理温度 alumina magnesia refractory slag corrosion behavior high temperature visualization digital image correlation method heat treatment temperature
1 华侨大学厦门市数字化视觉测量重点实验室，福建 厦门 361021
2 华侨大学福建省特种能场制造重点实验室，福建 厦门 361021
针对多线结构光测量中测量效率与测量精度相矛盾的问题，提出了一种融合区域数字图像相关匹配的快速三维测量方法。采用双边滤波和大津阈值法对图像进行预处理，利用重心法提取初始条纹中心点。用双三次插值法提升初始点的局部邻域分辨率，在局部邻域内再次利用灰度重心法提高中心点的提取精度。以左图像提取的中心线为基准，利用数字图像相关法在右图像中心线附近搜索基准对应的立体匹配点，大大缩小了数字图像相关法的搜索范围，提高了测量效率和立体匹配精度。对标准块规的测量实验结果表明，该方法的中心线提取速度为Steger法的3.29倍，均方根误差相比传统极线约束立体匹配法减小了68.57%。
测量与计量 多线结构光 灰度重心法 数字图像相关法 立体匹配 三维测量 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112003
1 沈阳建筑大学土木工程学院, 沈阳 110168
2 江苏建航工程有限公司, 淮安 223001
3 沈阳城市建设学院土木工程学院, 沈阳 110167
建筑固体废弃物与工业固体废弃物的协同、高效处置对固体废弃物的综合利用有着重要意义。本文采用CT扫描技术与数字体相关法, 对单轴受压地质聚合物再生混凝土的损伤演化特性进行分析, 并以此建立单轴受压地质聚合物再生混凝土损伤本构模型。研究结果表明, 地质聚合物再生混凝土内部非均匀应变场的产生是其发生破坏的主要原因, 考虑数值特征和空间特征的损伤因子与应变呈5次函数关系, 基于应变等效原理建立的损伤本构模型可以较好地表征在荷载作用下的应力-应变关系。本研究可以为地质聚合物再生混凝土在工程上的应用提供理论基础和技术支撑, 同时为再生混凝土的力学损伤研究提供新方法。
地质聚合物再生混凝土 CT扫描 数字体相关法 损伤因子 损伤特性 本构模型 geopolymer recycled concrete CT scanning digital volume correlation method damage parameter damage characteristic constitutive model
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
在迭代重建光学传递函数（OTF）测量法中，采集了多幅图像并进行更新计算，因而其具有抗噪声鲁棒性强和抗混叠等优点。然而，在图像采集过程中，不可避免的振动会引起多幅图像之间存在微小的相对平移，进而导致迭代计算次数增加和调制传递函数（MTF）测量结果准确性下降。该测量方法采集到的图像为随机排布的多个点扩散函数（PSF），多幅图像之间无法应用相位相关法来计算相对平移。鉴于此，提出了一种基于相位传递函数（PTF）的多幅图像相对平移校准方法。将每一幅图像单次计算的PTF分别减去第一幅图像单次计算的PTF，根据该差值校准多幅图像之间的相对平移。数值仿真和实验研究结果表明，所提方法的计算精度与图像相对平移的大小无关，至多能够将迭代次数减少80%，并将MTF测量的均方误差降低1~2个数量级。
测量 光学传递函数 调制传递函数 相位传递函数 相位相关法 光学测量 光学学报
2022, 42(19): 1912002
