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。

针对普通单相机数字图像相关(DIC)系统仅能测量目标面内变形信息的问题，本文提出了一种采用单相机DIC系统实现三维全景测量的方法，即：根据多平面镜成像原理，被测目标的前后表面成像在一个共同的视场内，两个光路分别成像在两个平面镜中，将单相机扩展为4台虚拟相机，实现三维全景测量。为了更好地完成虚实像转换，实验之前对平面镜表面进行三维重建，分别采用动态、静态实验对该方法的可行性及精度进行验证。结果表明：在动态拉伸测试中，4个子区域有着相近的变化趋势，工程应变普遍分布在0.0125左右，且位移精度较高；在静态实验中，对决策币的前后表面进行三维重建，重建结果与决策币形貌相吻合。

针对传统空间载波相移剪切散斑干涉系统中剪切量难以快速、定量、精确调节的问题,提出了一种利用液晶空间光调制器(LC-SLM)调制剪切量的空间载波相移剪切散斑干涉测量系统。采用LC-SLM作为剪切量调制器件,通过电寻址的方式对LC-SLM工作区域内每个微小液晶单元的相位精确控制,通过透镜的傅里叶变换,将频域内的相移调制转化为空间域的位移调制,从而达到精确调整剪切量的目的。组建实验系统,对本文方法进行了实验验证,实验结果表明,该系统可以对物体变形引起的干涉相位变化进行全场测量,通过在LC-SLM中写入周期条纹图像,可以调节剪切量,同时也可以对空间载波频率进行调整。该系统与传统空间载波剪切散斑干涉系统相比,具有定量、精确、快速调节剪切量的优势。

数字图像相关(DIC)方法是一种间接测量位移和应变的方法,具有光路简单、适应性好等优点,因此在相关领域得到了广泛应用。首先,以典型的空心圆盘金属零件为研究对象,并利用自行搭建的热变形装置对其进行加热控温。然后,利用DIC方法提取变温前后零件的图像特征,以计算零件外径的热变形。最后,用ANSYS仿真软件对零件在相同温度变化下的热变形进行仿真。实验结果表明,DIC方法测量的零件热变形结果与ANSYS的仿真结果吻合度较好,这表明DIC方法可应用于金属零件的热变形测量。

数字图像相关法(DIC)在位移测量中对搜索速度和测量精度均有较高的要求。在亚像素级测量中,一些不错的算法在速度和精度上很难兼顾。提出了一种组合式DIC算法,即以自适应遗传算法为基础快速得到亚像素级的最大相关系数点,然后以该点为拟合窗口,通过样条插值和二次曲面拟合得到亚像素位移值。以模拟散斑图为研究对象,对组合式DIC算法的测量精度、测量稳定度、搜索速度进行分析。结果表明:组合式DIC算法在搜索速度、测量精度、测量稳定性上比单独一个算法有明显的综合优势,可以满足DIC在亚像素级微小位移测量上对速度、精度的要求。

对遗传算法、粒子群算法、人工鱼群算法三种整像素搜索算法在微位移测量中的应用进行了对比研究。以相关系数大小衡量图像的匹配精度,选择归一化互相关函数作为相关系数及算法的目标函数;对目标函数进行迭代求解,得到了整像素的微位移;以模拟散斑图为研究对象,对三种算法的匹配精度、搜索速度、微位移测量结果进行了对比分析。结果表明,遗传算法在匹配精度、搜索速度及微位移测量精度上具有明显的优势,能满足数字图像相关法在微位移测量中的应用需求。