數(shù)字激光散斑圖像的仿真建模和位移測量算法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、數(shù)字激光散斑測量法是一種對光學(xué)粗糙表面進(jìn)行無損全場計(jì)量的技術(shù),具有實(shí)時性好、結(jié)構(gòu)簡單、不需光學(xué)平滑表面、全場非接觸測量等優(yōu)點(diǎn)。隨著數(shù)字圖像技術(shù)、激光技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,激光散斑圖像測量技術(shù)也向著速度更快、設(shè)備更小、方法更新的方向發(fā)展,并逐漸地被應(yīng)用于振動、位移、應(yīng)變和醫(yī)學(xué)診斷等各方面的測量之中。 本文對動態(tài)激光散斑進(jìn)行了建模仿真研究,建立了有效實(shí)用的模型:提出了應(yīng)用激光散斑圖像進(jìn)行位移測量的幾種新方法,給出了原理、實(shí)驗(yàn)

2、步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并分析了各算法的特點(diǎn)。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(guān)表面的動態(tài)激光散斑模型。該模型以高斯相關(guān)隨機(jī)表面作為反射面,得到夫瑯和費(fèi)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(jì)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(shù)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(shù)字散斑相關(guān)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(shí)現(xiàn); 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(guān)位移測量法。實(shí)驗(yàn)及理論分析證明,與DSCM方法相比,所使用的采樣面積相

4、當(dāng),但運(yùn)算量減小為DSCM法的2/NMK^2(其中N為子集邊長的像素數(shù),M為搜索范圍的像素數(shù),K為插值的倍數(shù));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(jìn)一步減小散斑圖像的數(shù)據(jù)量,提出了利用激光散斑圖像的特征點(diǎn)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(shù)字散斑圖像的極值點(diǎn)進(jìn)行位移測量;多層平截算法則是把數(shù)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

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