激光投影显示中复合散斑抑制方法的研究

为了有效抑制激光投影显示中的散斑,基于散斑统计理论,建立了光纤长度与光纤末端出射光场衬比度的数值表达式;采用积分散斑统计学方法理论分析了级联位相片散射特性和运动特性对散斑衬比度的影响;实验研究了不同光纤长度下振动光纤前后图像的散斑衬比度;比较了运用散斑抑制技术和复合散斑抑制技术所获得的散斑图像衬比度。结果表明,采用振动10 m多模光纤与旋转级联位相片相结合的复合散斑抑制技术,可将散斑衬比度降低到3.76%;采用复合散斑抑制技术将增加系统自由度,从而更有效地抑制散斑。该研究为激光投影显示中开展复合散斑抑制技术研究工作提供了参考。

散斑场的随机波数及其参量非线性效应

散斑光场在非线性领域有特别的作用,它可用于抑制强光条件下的非线性过程.为了深入了解散斑的参量非线性作用机制,引入了具有波数失配的耦合波方程,讨论了方程的解,波数或位相匹配条件,波数不完全匹配时的增益阈值条件,以及完整解的待定系数.待定系数由边界场决定,如果边界的三个非线性波的复振幅都不为零,还存在边界位相匹配条件,满足该条件的待定系数最大.散斑光场的波数随机起伏,需要分段处理,这种波数随机起伏还会破坏边界位相匹配条件,从而抑制非线性增益.理论研究和数值计算的结果一致表明了散斑对受激布里渊散射参量过程的抑制作用.

基于数字散斑的轮轨垂向载荷识别方法研究

快捷有效地进行轮轨垂向载荷检测对保障轨道车辆的服役可靠性与运行安全具有重要意义。现有轮轨载荷检测方法尽管能实现轮轨垂向载荷的有效检测,但其测量精度受传感器布设方案、系统标定的限制,仅能实现定点检测。因此,引入数字散斑图像相关技术,为轮轨垂向载荷的快速、非定点检测提供新的技术方案。为了实现钢轨轨侧应力场的非接触、快速测量,通过左右相机同步采集垂向载荷作用下的钢轨散斑图像序列,并通过图像相关理论模型进行变形前后子区像素点的匹配和应力场计算。为了利用数字散斑检测获得的钢轨轨侧应力分布进行轮轨垂向载荷的识别,提出一种基于极限学习机(ELM)的轮轨垂向载荷识别方法。该方法采用Workbench有限元软件建立钢轨的数值模型,通过数值模拟结果选取应力变化相对敏感的区域作为轮轨垂向载荷检测的兴趣域,基于应力场数据集和对应的载荷数据集设计ELM网络参数,进而实现轮轨垂向载荷的自动识别。为了验证提出的轮轨垂向载荷识别模型的有效性,搭建基于XT-DIC的轮轨垂向载荷数字散斑检测实验平台。实验结果表明,用Y和Z方向模应力输入的方式构建的ELM模型有着最佳的识别性能,其垂向载荷预测误差仅有5.357%。研究结果为轮轨垂向载荷的非定点快速检测提供了新的可靠途径。

激光电子散斑干涉法隐形牙齿矫治器全场变形测量

构建三维表面微变形同步干涉测量系统,客观准确地测量隐形矫治器的全场变形信息,为提高其临床矫治效能以及安全性提供数据支持。由蓝绿红激光构建三组各自独立的散斑干涉光路,用于同步测量物体表面的二维面内和一维离面变形,利用一个集成相移装置实现三色激光准90°步长的同步相移,并由一台3CCD彩色相机同时记录三色散斑干涉图。通过四步相移算法从分离的红、蓝及绿色散斑干涉图中计算出与离面和面内变形相关的干涉条纹相位;最后,结合自适应条纹滤波和数字差分算法计算得到与表面变形有关的6个应变分量。微转动实验表明:系统的微转角测量精度为2.4",变形测量精度为10με(微应变)。对隐形矫治器的变形测量结果分析表明,矫治器的变形效用与设定的矫治目标相一致。

基于沃拉斯顿棱镜的错位散斑干涉复合材料无损检测仪

激光错位散斑干涉技术具有全场非接触、高精度和高灵敏度等优点,被广泛应用于复合材料的无损检测领域。针对实际工程应用中的复合材料缺陷检测,提出了一种结构紧凑、抗干扰能力强的基于沃拉斯顿棱镜的错位散斑干涉无损检测仪,实现了对缺陷的实时动态检测。使用该检测仪对不同类型复合材料中的缺陷进行检测,检出率可达97%,可检测的最小缺陷尺寸为?2 mm。

用于超声散斑跟踪血流测速的多角度平面波局部运动补偿

血流速度剖面用于计算壁面剪切率等血流动力学指标,与动脉粥样硬化病程发展密切相关。超快超声散斑跟踪广泛用于血流速度剖面估计,然而多角度平面波复合成像存在血流散射体的运动伪影,不利于流速估计。提出了一种多角度平面波复合成像的局部运动补偿法,对射频信号时间序列的相邻帧进行局部运动补偿来消除不同径向位置的运动伪影,从而提高流速测量准确性。相比直接相干复合,B-MoCo法将仿真、仿体实验中流速测量结果的归一化均方根误差平均减小了10.37%、37.82%,说明了B-MoCo法的有效性。基于兔骼动脉的实测实验进一步证明了B-MoCo法的临床可行性。综上,B-MoCo法能够有效提高血流速度剖面的测量精度,有助于相关心血管疾病的早期诊断与病程监测。

基于剪切散斑干涉的固体推进剂内部缺陷识别

基于激光剪切散斑干涉技术搭建的高精度实时无损检测系统,对固体推进剂进行了负压加载条件下内部缺陷检测,对比分析了衬层界面脱粘和基体孔洞2种不同类型缺陷的表面散斑干涉条纹图和归一化离面位移值,利用剥离实验和有限元数值模拟,分别分析了不同类型缺陷的固体推进剂界面粘接强度和表面离面位移的差异。结果表明,相同加载条件下,衬层脱粘引起的包覆层表面归一化离面位移明显大于基体孔洞缺陷所引起的离面位移,达到了1~2数量级。本研究为固体推进剂衬层脱粘和基体孔洞缺陷的无损检测提供了重要的研究途径。

基于数字散斑技术的水泥净浆微观蠕变与收缩

为探究大型试件水汽平衡较长引起额外收缩开裂的问题,提出了一种新型原位微观力学试验方法对水泥净浆的微观蠕变与收缩进行研究。研究结合数字散斑技术(digital image correlation,DIC)进行观测,在环境扫描电子显微镜(environmental scanning electron microscope,ESEM)和气候试验箱(climate chamber,CC)中对薄水泥块分别进行单轴-双轴压缩蠕变和收缩试验。试验结果表明,相较于传统测试方法,新的测试框架显著缩短了干燥时间,至少缩短了200倍,从而有效减小了开裂的风险。水泥净浆的自由干燥收缩与相对湿度(relative humidity,RH)高于60%时的质量损失之间存在高度线性相关性。在相对湿度50%~60%,水的空化作用对干燥收缩产生影响。ESEM中的干燥条件与气候试验箱中的环境空气干燥条件相比,气压较低,引发了强制对流流动,导致干燥速率显著增加,但在相对湿度为20%RH的平衡状态下,两者的收缩变形基本保持一致。快速干燥的试件与缓慢干燥的试件相比具有更大的孔隙,且未加载试件的孔隙大于加载试件。在单轴压缩试验中,干燥蠕变随干燥收缩的变化呈现出双线性的趋势;在双轴压缩试验中,干燥蠕变呈现出线性关系。干燥蠕变的泊松比在两种压缩试验中均表现出负值,在蠕变泊松比处于-0.1~0时,CC试验所得的蠕变性能与ESEM方法的结果基本一致。

透过散射介质的散斑统计特性研究

复杂散射介质的衍射通常会形成散斑图像,该特性使得其在激光技术、电子和光电子等领域具有重要的应用价值.搭建了透过散射介质衍射形成的散斑测量系统,研究了CCD曝光时间、衍射距离和散射面直径对散斑统计特性的影响.实验结果表明:改变光学系统参量,透过散射片的散斑特性也会随之改变;选择合适的曝光时间能够获取对比度和光强分布适中的散斑图像,其空间衍射特性可用散斑平均尺寸表征,但对于散斑特性的微小变化,则可利用相关系数和数字图像相关结果进行辅助分析.

生物医学工程中的散斑计量法应用

散斑计量法是60年代诞生的实验力学中光测力学的一种,迄今已经得到了很大的发展并在工程各学科领域(包括生物医学)中获得了广泛的应用。本文作者对散斑计量法的基本原理及特点进行了阐述,并分别对散斑照相法、散斑干涉法、电子散斑干涉法、数字散斑相关法和生物散斑法等散斑计量的主要方法及其在生物医学工程领域中应用的发展和现状作了作了概要的介绍。

正余弦变换和双调滤波相结合的剪切散斑干涉图像去噪方法

剪切散斑干涉是一种非接触式、全场高精度光学变形测量技术,由于环境等因素导致采集的散斑条纹图像存在大量随机噪声,进而影响测量精度。传统去噪方法在滤除噪声的同时,容易导致条纹边缘信息的丢失甚至破坏。针对该问题,本文提出基于正余弦变换和双调滤波相结合的剪切散斑干涉图像去噪方法。该方法首先对相位条纹图进行正余弦变换获得两幅图像,其次对这两幅图像分别运用双调滤波方法进行去噪,最后将滤波后的两幅图像合并为最终的相位条纹图。实验结果表明:经本文方法滤波后的相位图散斑抑制指数为0.999,平均保持指数为2.995,证明该方法较传统去噪方法能更好地改善相位图质量,且能较大程度地保留相位条纹的细节及边缘信息。

基于深度学习的激光散斑图像识别技术研究

为了解决激光散斑对高于20℃时的水温存在测量灵敏度下降等问题,提出了一种基于深度学习的激光散斑图像识别探测方法,构建了20.1℃、20.2℃及20.3℃的散斑图像数据集,采用一种多尺度卷积神经网络,结合适当的损失函数和数据增强技术,以优化激光散斑图像的特点;通过深度学习模型在散斑数据集上的训练与测试实验,实现了水下温度信息散斑图像的高准确率识别,解决了对比度饱和测量灵敏度下降的问题。结果表明,与AlexNet、VGG、ResNet模型相比,GoogleNet模型对散斑图像的水下温度识别准确率达到了99%。该研究为深入了解温度场分布及其影响提供了理论支持,并为相关应用领域提供了有价值的参考。

基于数字散斑变形模拟实验的深部复杂断块应力场传递特征研究

在油田勘探开发过程中,地应力研究在掌握深层油气的运聚规律、改善储层压裂效果和钻井工程风险评价等方面发挥着重要的作用。而前人对地应力的研究主要集中在二维/三维模拟方面,对区域构造变动和生产开发过程中的应力动态变化规律研究甚少。以渤海湾盆地南堡凹陷G区块为例,通过制作相似地质模型,设置边界条件并进行数字散斑变形动态模拟实验,基于LOESS局部回归分析方法,得到应力/应变在空间上的传播规律。结合经典的应力波理论认为,在构造力的持续作用下,地层中任一点的应力/应变随时间的变化呈现明显的旋回波动性,在断层附近这种旋回特征更加明显,且旋回幅度更大;应力波穿过断层发生多重反射、透射现象,众多左行波与右行波相遇造成局部应力和应变集中,从而呈现为高值区,穿过断层时应力波产生应变或变形,导致明显的能量衰减;随着时间的变化,应力/应变的总体传播方向具有选择性,其总是垂直于断裂带压实强、结构致密的方向,即透射过后会造成能量急剧衰减的方向;随着时间的变化,地层中任一点应力/应变的传播均呈现为波动旋回式,但应力波不同于声波,整体来看,应力/应变旋回曲线的最大幅度和最小幅度在空间上沿着作用力方向也呈现为波动式。

电子剪切散斑3CCD传感图像特征去噪优化检测方法

针对CCD(Charge-Coupled Device)光学传感器采集电子剪切散斑干涉图像特征由于散斑指数高、峰值信噪比低,导致剪切散斑图质量差、检测效果不佳的问题,提出一种电子剪切散斑3CCD传感图像特征去噪优化检测方法。该方法分析了电子剪切散斑技术在三维物体表面变形检测中产生问题的原因,采用3CCD图像传感器替代单CCD图像传感器,引入同态滤波降噪处理图像,设计一种相位干涉技术,结合Canny检测算法,实现电子剪切散斑去噪优化检测。实验结果表明,应用3CCD传感器结合去噪技术的电子剪切散斑智能检测方法,图像散斑指数更低、峰值信噪比更高、检测时间更短,分别为0.0234、19.5 dB、16.2 ms,并且三维物体表面变形测量误差在0.09 mm内,该方法有效提高了图像质量,从而提高了实际应用价值。

基于相关系数的生物散斑活性表征研究

为了解决传统生物散斑测量结果易受实验参数影响的问题,采用模拟动态光散射及荧光相关光谱技术,用相关系数表征生物散斑活性,搭建了实验装置,并对中药糖浆、酸奶、老酸奶、西红柿、苹果等产品进行了实验测试。结果表明,基于相关系数构造的特征时间指标主要由样品中颗粒运动的速率决定,物理意义明确,几乎不受相机曝光时间、散斑区域等实验参数的影响,平均测量偏差小于5%,易在实际应用中使用。由于农业及医药领域中生物样品的多种特性均与颗粒运动速度有关,该方法可为食品、药品行业提供一种新的无损检测工具。

基于数字散斑技术的游乐设施框架结构载荷应变在线监测

游乐设施在运行过程中,由于难以精准捕捉设施框架结构中的微小变形,导致框架结构的应变值偏大。为此,文章基于数字散斑技术,对游乐设施框架结构载荷应变在线监测方法展开研究,利用数字散斑技术设备精准捕捉游乐设施框架结构的微小形变,利用散斑图像处理系统实时采集不同载荷下的应变数据,并深入分析,提取出结构载荷应变的特征图,清晰展示应变分布,并基于这些特征数据,运用卡尔曼滤波算法建立载荷应变监测模型,实现游乐设施框架结构载荷应变在线监测。实验证明,此方法在相同载荷下表现出较小的应变值及平缓的增长趋势,能更准确地反映结构与载荷之间的关系,具有更高的测量精度和性能。

基于散斑干涉法的岩体剪切变形程度研究——以铜仁市水库工程为例

在水利工程建设快速发展背景下,水库施工中岩体剪切时的变形程度受到关注。目前,变形观测主要采取散斑干涉法,其受力特征与变形特点仍不明确。为了对岩体变形进行精确测量,研究结合塑性梯度优化技术对岩体进行散斑干涉,生成融合施工方法,从而实现有效的变形控制。实例试验在铜仁市水库工程进行,在岩体参数和变形控制中,融合施工均具有高于常规技术的表现。试验结果表明,该技术能有效维护工程中的岩体安全。

数字图像相关方法散斑质量的评价

作为试件变形信息的载体,散斑图质量好坏直接影响到数字图像相关法(DIC)的测量结果。因此,如何定量评价散斑图的优劣是数字图像相关方法测量精度提高的关键所在。针对此问题,本文基于灰度分布直方图、平均尺寸、平均灰度梯度与平均灰度等散斑特征参数进行多维度分析,遴选最优散斑,并通过零位移实验验证,为DIC测量精度的提高提供参考依据。

基于智能手机生物散斑的智慧农业品质控制方案研究

生物散斑技术是一种高效、无损的检测技术,可用于非接触性、实时性地测量生物组织的动态变化。随着智慧农业的快速发展,实现农产品的快速、无损、实时品质检测成为研究的热点。提出了基于智能手机生物散斑技术的智慧农业品质控制方案,通过智能手机拍摄生物散斑图像,结合图像处理技术和机器学习模型,实现对农产品品质的准确评估。实验结果表明,该方案具有较高的准确性和可行性,为智慧农业的品质控制提供了新的思路和方法。

散斑空间尺度及动态散斑分析

以干涉、衍射及散射理论为基础介绍了散斑的形成、分类,并根据杨氏干涉及菲涅尔衍射理论.推导出静态散斑横向尺度及纵向尺度,给出了散斑的空间形状并对静态散班和动态散斑作了分析,总结出动态散斑三个衍射带的基本特点。