數字激光散斑圖像的仿真建模和位移測量算法研究.pdf

1、數字激光散斑測量法是一種對光學粗糙表面進行無損全場計量的技術，具有實時性好、結構簡單、不需光學平滑表面、全場非接觸測量等優(yōu)點。隨著數字圖像技術、激光技術和集成電路技術的迅速發(fā)展，激光散斑圖像測量技術也向著速度更快、設備更小、方法更新的方向發(fā)展，并逐漸地被應用于振動、位移、應變和醫(yī)學診斷等各方面的測量之中。 本文對動態(tài)激光散斑進行了建模仿真研究，建立了有效實用的模型：提出了應用激光散斑圖像進行位移測量的幾種新方法，給出了原理、實驗

2、步驟和實驗結果，并分析了各算法的特點。本文的主要特色和創(chuàng)新如下： 1.由于目前在動態(tài)激光散斑測量的研究中缺少動態(tài)激光散斑模型，我們提出了一種基于高斯相關表面的動態(tài)激光散斑模型。該模型以高斯相關隨機表面作為反射面，得到夫瑯和費面上的散斑場，生成具有不同散斑規(guī)格(尺寸、亮度、噪聲水平和位移量不同)的動態(tài)散斑圖庫，在散斑特性研究和位移測量中起到了較好的作用； 2.針對散斑圖像位移測量計算量大、測量時間較長的不足，提出了一種基于

3、傅里葉分析的數字散斑圖像位移測量新方法(同頻率相位比較法)。該方法可以直接求解亞像素級位移，減少了位移測量的時間。與常規(guī)的數字散斑相關測量法(DSCM法)相比，盡管使用的散斑圖像面積是DSCM方法的4倍，但測量時間僅為十倍插值DSCM方法的1/80。該方法比較適合在FFT處理芯片或DSP芯片上實現； 3.為了繼續(xù)提高測量速度、減少圖像的采樣面積，提出了邊緣相關位移測量法。實驗及理論分析證明，與DSCM方法相比，所使用的采樣面積相

4、當，但運算量減小為DSCM法的2/NMK＾2(其中N為子集邊長的像素數，M為搜索范圍的像素數，K為插值的倍數)；與同頻率相位比較法相比，圖像的采樣面積減少為1/4左右； 4.為進一步減小散斑圖像的數據量，提出了利用激光散斑圖像的特征點的極值位移測量法和多層平截算法。其中極值位移測量法通過尋找發(fā)生位移前后的兩幅數字散斑圖像的極值點進行位移測量；多層平截算法則是把數字激光散斑圖像的灰度看作三維空間的高度，用不同高度的水平面平截散斑圖