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
1 安徽大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用，针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性，本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法，并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系，基于公垂线中点法进行目标点三维重构，确定棋盘格标定板角点的三维坐标；分析角点在镜面的虚实对应关系，标定镜面位置方程，得到反射变换矩阵；通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换，最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性，分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中，其正反轮廓的三维重建效果良好；在五棱铝柱热变形动态实验中，铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致，且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法，具有较高的精度。
测量 双相机 数字图像相关 全场测量 热变形
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
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，安徽 合肥 230031
3 华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
柔性屏在弯折的过程中，容易出现器件损伤、胶层剥离等现象，因此明确屏幕在弯折过程中屏幕保护层的应变分布十分重要。提出一种基于数字图像相关（DIC）的柔性屏弯折应变测量方法，通过采集屏幕表面保护层的喷涂散斑图像来实现屏幕弯折过程保护层应变的全场测量，然后根据匹配点坐标计算弯折平面方程，得出弯折角度与应变之间的关系。实验结果表明，所提方法能测量出不同弯折角度下屏幕保护层全场应变信息，进而得知屏幕保护层的应力分布情况。即所提方法可量化屏体弯折时的应变量并根据应变测量结果推断出弯折过程中应力分布情况。
柔性屏弯折 应变分布 数字图像相关 全场测量 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0312001
光学 精密工程
2023, 31(20): 2930
1 河北工程大学土木工程学院，邯郸 056038
2 河北省装配式结构技术创新中心，邯郸 056038
3 河北光太路桥工程集团有限公司，邯郸 056000
为改善再生混凝土(RAC)的断裂性能，通过三点弯曲断裂试验，研究了钢纤维、剑麻纤维及钢-剑麻混杂纤维对RAC试件断裂性能的影响。同时，采用数字图像相关(DIC)技术测得RAC试件的裂缝扩展全过程。结果表明:未掺纤维的RAC试件断裂性能较差，而掺入纤维后的RAC试件断裂性能明显提升；单掺钢纤维时，试件的起裂韧度与纤维掺量无关；单掺剑麻纤维时，最佳体积掺量为0.15%，其试件的起裂荷载较未掺纤维RAC试件提高了67%。单掺纤维和混掺纤维均可提高失稳韧度和断裂能，但混掺纤维效果更佳。当体积掺量为1.0%的钢纤维和体积掺量为0.30%的剑麻纤维混杂时，其起裂韧度、失稳韧度和断裂能较未掺纤维的RAC试件分别提高了83.92%、575.86%和1 244.05%。
再生混凝土 钢纤维 剑麻纤维 混杂纤维 断裂性能 数字图像相关 recycled aggregate concrete steel fiber sisal fiber hybrid fiber fracture performance digital image correlation
1 中国建筑科学研究院有限公司，北京100013
2 南京水利科学研究院材料结构研究所，南京 210098
无粘结裂缝的产生可以被视为宏观裂缝发展的标志。为探究地震作用对全级配混凝土裂缝行为特征的影响，采用一种无粘结裂缝的识别模型，以数字图像相关技术作为试件裂缝扩展的监测手段，对不同加载速率(0.000 1 mm/s、0.001 0 mm/s、0.010 0 mm/s)的全级配混凝土试件进行三点弯曲试验，考虑全级配混凝土裂缝扩展的率相关性。结果表明：对于不同加载时间间隔内的全级配混凝土试件，峰值前后均会产生无粘结裂缝，说明达到峰值荷载时预制裂缝处已发生开裂；试件的破坏主要集中在荷载加载至峰值荷载的50%以后；相同条件下，加载速率越慢，无粘结裂缝出现的阶段越早，随着加载速率增大，裂缝呈现细而长的特征。
全级配混凝土 加载速率 三点弯曲试验 数字图像相关技术 断裂过程区 无粘结裂缝 full-graded concrete loading rate three-point bending fracture test digital image correlation technology fracture process zone cohesionless cracks
当前基于视场分离技术的光学引伸计只能提高单个方向的应变测量精度，而在与之垂直方向上的测量精度不够高，即无法同时实现双向高精度应变测量，限制了其应用范围。因此，提出了一种双向视场分离技术，该技术由4个相同斜方棱镜旋转而成，并与远心镜头结合，设计了一种双向高精度光学引伸计。开展了不锈钢试样的循环加载实验来验证上述光学引伸计相较于普通光学引伸计的优越性。此外，还进行了不锈钢试件的4次单轴拉伸实验，该双向光学引伸计与电测法所测得的弹性模量和泊松比的最大误差分别为0.62%和2.86%，4次平均误差分别为0.41%和1.38%，表明该光学引伸计具有很高的应变测量精度。
光学引伸计 双向视场分离 数字图像相关 应变测量精度 弹性模量 泊松比 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1512003
1 海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心, 青岛理工大学, 山东 青岛 266520
2 中国华西工程设计建设有限公司, 山东 青岛 266000
纤维/树脂界面黏结性能对纤维增强聚合物(FRP)筋承载过程中纤维与基体之间力的传递至关重要, 但海水海砂混凝土孔溶液中氯离子扩散至纤维/树脂界面区会使得其黏结性能退化。自制纤维/树脂微脱黏装置, 并与数字图像相关(DIC)技术相结合, 追踪玄武岩/玻璃纤维与树脂在氯盐溶液中腐蚀28 d的黏结性能退化过程, 并通过分子动力学模拟揭示了腐蚀离子导致界面黏结性能退化机制。结果表明: 玻璃纤维与树脂间的黏结性能优于玄武岩纤维; 玄武岩/玻璃纤维与树脂在NaCl溶液腐蚀28 d, 其界面黏结力分别下降了73.9%和71.8%, 拉拔过程中破坏模式以基体开裂和纤维拔出为主; 树脂与纤维基底主要通过形成氢键黏结, 氯离子与基底界面原子的相互作用使原有氢键原子对数量减少, 加速了纤维与树脂的脱黏。
纤维/树脂 界面黏结性能 分子动力学 数字图像相关技术 氯离子 fiber/resin interfacial bond property molecular dynamics digital image correlation technique chloride ions
宁波大学机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211
数字图像相关法作为一种直接有效的非接触、全场光学测量方法，已广泛地应用于各个领域材料和结构的二维/三维位移和应变测量。结合先进的散斑制备技术，在显微镜下进行原位加载实验，可实现微尺度数字图像相关位移和应变测量。微尺度下试样加载过程中将不可避免地出现离面位移，由于光学显微镜景深限制，微小的离面位移将导致散斑图像失焦模糊，从而为变形测量带来相应的误差。为减小这种失焦模糊带来的误差，采用盲去卷积方法对散斑图像去模糊，并针对噪声问题采用高斯滤波的方法对散斑图像进行去噪，定量分析了图像复原对数字图像相关测量精度的影响，并对indium tin oxide（ITO）薄膜进行了拉伸实验。实验结果表明，图像复原后测量的弹性模量误差减小了13.91%，应变测量结果的精度与稳定性更高。
图像处理 数字图像相关 图像复原 噪声去除 微尺度 变形测量 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1410004
