基于双反射镜的2D-DIC变形测量系统开发

二维数字图像相关(two-dimensional digital image correlation,2D-DIC)在测量过程中不可避免地会出现相机光轴与测量表面非垂直,由此产生的离面位移而将导致较大的测量误差,同时在视场受限的环境中难以通过单台相机完成大范围的变形测量。有鉴于此,该文开发了基于双反射镜的2D-DIC变形测量系统,使用双反射镜成像缓解离面运动对2D-DIC的影响,通过可移动相机实现小视场下的图像采集,提出基于频域移位的高精度图像拼接方法,并改进了融合函数,最终获得试样的高分辨率图像。单轴拉伸实验结果表明,轴向应变的平均相对误差相比传统2D-DIC方法降低12.82%,测量分辨率提高约34.92%,验证了测量系统的可行性和有效性。

基于线激光三维视觉的燃料组件水下在位变形测量方法

为了解决燃料组件弯曲与扭曲变形水下在位测量难题,提出了基于线激光三维视觉的燃料组件水下在位变形测量方法。通过基于单层折射的水下相机标定、基于平面约束的光平面标定算法研究解决单个测量单元的标定问题;研究基于三维标定工装的10组测量单元在位快速标定方法,解决测量系统全局坐标统一问题,并利用激光跟踪仪测量标定工装的弯扭精度,进行测量精度对比试验验证。研究表明,研制的基于线激光三维视觉的燃料组件水下在位变形测量系统扭曲测量误差限为0.15°,弯曲测量误差限为0.3 mm,且整个测量时间约在1 s,测量效率和测量误差限优于现有的测量系统。

基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量研究

伴随着光学仪器精度的逐渐提高,其表面动态变形事件发生频率也呈现急剧增加的趋势,是影响与制约光学仪器发展与应用的主要因素之一。为了满足光学仪器的应用需求,提出基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量方法。采用机器视觉设备获取高精度光学仪器表面图像,对表面图像进行灰度化处理、去噪处理与增强处理,以此为基础,应用SURF特征检测算法提取表面图像的特征点,通过FLANN算法匹配相邻图像的特征点,利用Delaunay三角化在表面图像区域形成三角网格,进一步计算表面图像特征点的位移与应变,从而实现高精度光学仪器表面动态变形的测量。实验数据显示:在横坐标为1μm时,应用提出方法获得的表面动态变形位移纵坐标为1.8μm,与实际位移基本保持一致,在实验组别为6时,应用提出方法获得的光学仪器表面动态变形应变数值为3μm,与实际应变数值保持一致,充分证实了提出方法具备较好的应用性能。

一种基于重投影和3D-DIC的曲面变形测量方法

传统双目立体视觉测量基于立体校正进行三维重建,测量精度受标定参数精度、插值精度以及双目传感器结构的影响很大。在进行曲面尤其是大曲率ROI变形测量时,立体校正过程会导致立体图像对中不均匀变形信息的损失或者过度拟合,进而影响测量精度。为此,本文发展了一种基于重投影和3D-DIC,适用于曲面变形测量的无需立体校正或外极几何约束校正的高精度立体匹配方法。同时,这种方法也可推广用于含有不均匀变形的时序图像对的高精度匹配。具体地,本文提出了二阶变形参数初值估计方法,二阶变形参数初值生长匹配策略,全局立体匹配和时序匹配策略;进一步,给出了不依赖于立体校正和极线校正的特征点三维重建方法,全局变形场及局部应变场的计算方法。实验证明本文所提方法可实现一定曲率曲面的高精度变形测量,测量系统在一定景深内能够实现小于1μm的平均测量误差。

薄壁球壳受刚性平面压缩的连续变形测量

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。

一种基于多尺度注意力的结构变形测量

本文针对现阶段仍缺少计算速度快且能够测量符合实际情况的复杂变形位移场的有效方法,提出基于深度学习的结构变形测量方法—MA-DIC的观点。为材料结构表征变形测量行业提供新的解决思路。数字图像相关(DIC)是一种非接触式光学测量方法,它可以通过匹配参考图像和变形图像上的像素关系来获得位移场。传统DIC方法主要做法包括先对合适尺寸的试验样品喷涂散斑图案,记录试验样品在试验过程中的变化图像,加载参考图像和变形图像,基于相关性的算法计算位移场和应变场。

理实一体教学模式下的工程变形测量课程建设分析

随着当前课程改革的深化和教育理念的更新,工程变形测量课程的实践教学逐渐受到重视,理实一体教学模式逐渐得以运用。基于此,针对理实一体教学模式下工程变形测量课程的建设问题展开探讨,简要介绍理实一体教学模式的概念和优势,分析传统工程变形测量课程教学模式存在的问题及新时期工程变形测量课程的发展需求,提出理实一体教学模式下的工程变形测量课程建设策略,以期为相关人员提供参考。

三维激光扫描应用在油气管道变形测量

油气管道变形测量是为了保障油气管道建设与运维全寿命周期中工程安全极其重要的一个技术环节。为了获取高精度、全方位、完整的油气管道三维数据,采用三维激光扫描技术,解决了常规测量未能全覆盖被测实体的问题。把油气管道物体表面的三维坐标数据进行分析和对比,真实反映所测物体的变形情况。本文依据油气管道变形测量项目,结合三维激光扫描技术的生产过程,分析该技术的全面性、可靠性和优势性。

立井井筒变形测量检测技术研究

文章探讨了立井井筒变形测量检测技术,旨在提高立井井筒变形监测的精度和效率;分析了立井井筒变形的影响因素,包括地质条件、施工工艺、气候条件与温度变化等;介绍了常用的立井井筒变形测量技术,如全站仪法、GPS监测法、测斜仪法等,并对其优缺点进行了比较;提出了基于数字摄像技术的立井井筒变形监测方法,并详细描述了其工作原理和实施步骤,通过实地试验验证了该方法的可行性和准确性,为立井井筒变形监测提供了新的思路和技术支持。

海底管道变形测量传感采集系统设计与实现

针对复杂海域较大变形海底管道精准测量需求,设计了海底管道变形测量传感采集系统,利用HMI和分布式远程IO进行模块化的测量传感与数据采集,采用Modbus协议并建立星型拓扑的通信网络完成测量数据的可靠传输,实现了变形管道表面三维坐标数据的准确获取;该系统具有测量精度高、响应速度快、工作稳定可靠等优点,适用于各类型复杂海域;目前已应用于某海底管道变形修复项目,现场测量结果准确有效,保障了项目的顺利实施。

变形测量技术在工程结构精度控制中的应用研究

在工程结构的建造过程中,精确控制结构的尺寸和形状对于保证其使用性能、安全性和长期稳定性至关重要。本次探索运用变型测量技术去调整工程结构的细节,致力于了解这种技术是否能使工程建设更高效、更细致。首先要清晰地知道,现阶段在工程结构上有着精确控制的诸多有效方法,激光扫描、全景观测和卫星定位这些都是其范畴,考虑这些方法的测量原理、效率和运用场景。理论对比与案例研究后,对这些有效方法在诸如桥梁与高楼、大型设施等各类工程构造中的功效进行评估。研究发现,采用现代变形测量技术可以显著提升工程结构的建造精度和效率,减少建造过程中的误差,特别是在复杂结构和苛刻环境条件下的应用表现尤为突出。此外,该研究还对变形测量技术面临的技术挑战和未来发展趋势进行了探讨。研究结果表明,综合运用多种变形测量技术,结合先进的数据处理和分析方法,能够有效提高工程结构精度控制的水平,对于推进现代建筑工程科技进步具有重要的意义。

用于三维变形测量的数字图像相关系统

针对材料力学实验中的三维变形测量,提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。研究了该系统涉及的双目摄像机标定,图像相关算法,三维重建,以及三维位移、应变计算等关键技术。提出了一种基于摄影测量术的摄像机标定算法,该算法采用10参数镜头畸变模型,不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。利用最小二乘非线性优化算法实现了数字图像的高精度匹配,针对非线性优化初值难求的问题,提出了一种基于种子点的初值计算方法,为非线性优化提供了可靠的初值。最后,介绍了三维重建以及计算三维位移、三维应变的方法。实验结果表明,标定结果的重投影误差为0.03 pixel,图像匹配的误差约为0.02 pixel,静态外形及位移的测量精度为0.05%,应变的测量精度优于0.5%。与传统的测量方法相比,本文提出的系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。

船体变形测量技术综述

讨论了船体变形产生的原因,对目前常用的船体变形测量技术研究现状进行了叙述和分析,主要介绍了偏振光能量测量法,大钢管基准法,双光源双CCD测量法,双频偏振光法,光栅法,液体压力测量法,摄影测量法,应变传感器测量法,多部位安装航姿系统,惯性测量匹配法,GPS测量法等,探讨了船体变形测量技术面临的问题和未来发展方向.

变形测量系统中激光光斑中心精确定位算法

针对变形测量系统中激光光斑中心精确定位的要求,在重心法的基础上,提出了基于重心法的曲线拟合亚像素定位算法。该算法首先用变结构元多尺度广义形态滤波算法滤除图像噪声,然后用重心法计算出激光光斑的亚像素位置,最后用曲线拟合对激光光斑的中心位置进行精确定位。根据变形测量原理,搭建了实验平台,通过多次实验,变形角的标准差均小于20″。实验结果表明,该算法能有效地提高变形测量系统的测量精度。

大变形测量数字图像的种子点匹配方法

针对数字图像相关方法中的大变形测量难题,提出了一种数字图像的种子点匹配方法.对于连续变形的图像系列,将图像子区划分后,选取其中任一子区作为种子点并进行相关匹配,根据相邻状态变形的连续性,提出了一种改进的整像素搜索方法,可保证种子点在大变形情况下仍能匹配成功.当种子点匹配完成后,根据同一状态相邻点变形的连续性,利用种子点的相关参数计算其4个邻近点的相关参数初值并完成匹配,按照同样的方法依次向外扩散,直至所有的点匹配完成.通过刚体旋转和单向拉伸实验表明,对于40°旋转图像的位移场以及高达113%的钢试件大变形,测量结果良好,具有较高的精度,证明了该方法的有效性.

基于数字全息技术的变形测量

全息技术在测量、防伪中有大量应用。数字全息技术采用数字记录和计算机处理,实现测量的方法上有其特点。本文重点对数字全息技术实现变形测量的方法和具体算法开展了研究。论文首先总结了数字全息技术应用中的基本问题,包括数字全息算法问题和噪声抑制问题等。叙述了基于数字全息技术的变形测量基本思想,及相位恢复算法,同时分析了几种变形测量的实现方法,并提出了“2+2”步变形测量方法。该方法相对于“1+1”步变形测量方法,提高了测量精度,同时比“4+4”步变形测量法提高了动态性。本文建立了实验系统,获得了硬币的数字全息图,实现了常用的“1+1”步变形测量方法、相移算法的变形测量方法以及“2+2"步变形测量方法,给出了“2+2”变形测量的实验结果。实验结果表明在数字全息技术中结合相移技术进行测量,可以提高物波再现精度,进而提高变形等的测量精度。

基于地面三维激光扫描技术的隧道全断面变形测量方法

在隧道工程中变形测量是必不可少的,工程师可根据测量结果评价隧道结构的安全状态,并及时调整设计参数。地面三维激光扫描技术（terrestrial laser scanning）是一种以激光测距方式快速获取大量测点三维坐标的测量技术,能够克服传统测量技术的局限性,从而获取更加全面的隧道变形信息。一、基于点云的隧道三维建模算法与变形分析本文提出一种基于点云的隧道三维建模算法,用于获取隧道的相对变形。

大型飞机风洞变形测量的相机标定研究

为了实现大型飞机风洞模型动态视频变形测量,提出并实现了一种新的大幅面高精度的标定方法.该方法以张正友摄像机标定算法为基础,考虑到标定平面模板加工制造中的误差,采用了摄影测量中的光束平差算法来优化初始的标定结果.张正友标定算法只是考虑了镜头的二阶径向畸变,并在镜头畸变模型中加入了径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变的校正.实验表明,所提方法的相对误差小于1/5000,标定误差仅是张正友标定算法的27%,具有较高的测量精度.因此,该大测量幅面标定方法,不仅可以灵活地实现不同测量幅面的精确标定,而且还满足了风洞变形下的不同测量幅面的需求.

灰色模型在岩体线法变形测量中的应用

线法测量是一种有效的岩体内部变形监测手段 ,通过每隔一定间距设置测量标点 ,能获得被监测体监测线上多处变形值。为更好地应用这些监测数据 ,使该方法更好地服务于工程建设 ,将灰色模型 (GM)应用到线法测量数据的分析中 ,利用该测量方法的特点 ,通过模型掌握被监测体内部变形分布情况并加以外延预测 ,掌握监测孔 (线 )穿过的关键部位的位移动态 ,预测变形最大值。采用三峡工程永久船闸北坡线法变形监测资料 ,对上述方法进行验证 。

一种改进的姿态匹配船体变形测量方法

针对船体变形测量系统中模型不确定以及未知噪声影响导致的误差问题,分析并推导了模型偏差对滤波估计的影响,提出一种基于姿态匹配的强跟踪最大互相关熵卡尔曼滤波(STMCKF)算法,用于船体变形估计。该算法采用姿态匹配,基于两套惯性系统的姿态信息确立滤波观测量并建立线性量测方程,通过自适应在线调整多个渐消因子对多个数据通道进行渐消,减小模型失配导致的误差,并设计基于最大互相关熵准则为最优准则的滤波算法,减小量测过程中受到的非高斯噪声产生的误差。最后,在模型不匹配及噪声不确定的条件下进行了仿真验证。仿真结果表明,与传统卡尔曼滤波相比,变形估计精度提高10%~30%,提高了系统鲁棒性和环境适应性。