1、工程实验力学14.1引言14.2计算机视频和图像数字化系统的构成14.3光力学条纹相位提取的方法14.4数字相关法第14章光力学中的计算机方法和图像识别技术14.1引言现代光测力学是利用现代光学的方法和视频技术进行力学量测量的一门交叉学科，因此它的发展与计算机视频、数字图像处理、激光等高新技术的发展息息相关。如人工双折射现象的发现和具有人工双折射效应材料的商业化，推动了光弹性方法的产生、发展和成熟，进而在工业科研领域获得广泛应用；激光的发现，推动了具有波长量级的全息干涉技术的产生和发展，它们迅速在无损检测、模态分析和应力应变场的测量上得到了广泛应用。14.1引言随着光电技术、视频技术和现代数字
2、图像技术的发展，产生的电子散斑技术首先解决了方法对环境的较高要求，如避光、防振、化学液冲洗等不便用于工业现场的缺点，在现场测试方面发挥了重要作用。随着数字图像处理技术的引入，对于干涉条纹的计量，提出了多种可以计算机识别、相位自动处理的方法，实现了测试的自动化并提高了测量精度和效率；各种计算机算法的发展还产生了不必依赖光学干涉而基于图像本身的位移场和应变场的测量方法数字相关法，使光力学测量方法更具活力。14.2计算机视频和图像数字化系统的构成14.2.1硬件系统14.2.2软件14.2.1硬件系统1.图像输入设备2.图像的数字化设备3.图像处理用计算机4.输出设备14.2.1硬件系统图14-1计
3、算机视频记录和图像数字化处理系统设备配置1.图像输入设备CCD摄像机是最常用的图像采集设备，一般能以电视速率(每秒30帧)采集图像，高速摄像机可以用更高的速率采集图像(每秒千幅以上)。其他用于输入的图像的设备还有数码相机、扫描仪等。2.图像的数字化设备CCD摄像机接收的图像信号转化为数字信号。假设CCD是由512512个点阵组成，那么通过图像板转换可以得到表征该点阵上每一点的灰度或RGB的数值，以便于计算机进行相应的处理。3.图像处理用计算机一般市场通用的PC机即可，尽量采用较高的配置，可以提高工作效率。4.输出设备输出设备有打印机、XY绘图仪、监视器等。14.2.2软件图像处理的软件系统，一
4、般包括接口、控制程序和应用软件。用CCD摄像机采集图像，并通过插入计算机扩展槽内的图像板将其数字化，以图像文件的格式存于计算机中，以便于进一步处理，该类接口软件一般由图像板的厂商提供，可控制图像的采集和进行一般的加、减和布尔运算等处理。目前市场上用的Photoshop 和 Matlab等商用软件非常适用于做一般化的图像预处理，如平滑、去噪声、增强和加减等运算，利用功能强大的商业软件，可以节省很多时间。对于在光测力学中特定的图像处理要求，仍需自己编制程序，VB、VC、Fortran是常用的编程语言。14.3光力学条纹相位提取的方法14.3.1多幅图像相移法14.3.2载波相移法14.3.3光外差
5、干涉相位检测14.3.1多幅图像相移法14.3.1多幅图像相移法14.3.1多幅图像相移法14.3.1多幅图像相移法图14-2采集受三点弯的双材料梁等达因图像的实验系统14.3.1多幅图像相移法图14-3四幅图像相移法a)=0b)=/2c)=d)=3/2e)未去包裹的相位图f)去包裹后的相位图14.3.2载波相移法14.3.2载波相移法图14-4透射云纹的载波图像和计算机处理a)投影云纹法的光路b)柱面上的光栅影像c)傅里叶频谱d)未去包裹相位图e)去包裹的相位图14.3.2载波相移法14.3.3光外差干涉相位检测1.双频干涉2.光电转换与鉴相1.双频干涉1.双频干涉1.双频干涉图14-5用于
6、形貌及离面位移测量的干涉光路1.双频干涉2.光电转换与鉴相2.光电转换与鉴相2.光电转换与鉴相2.光电转换与鉴相2.光电转换与鉴相图14-6光外差运动条纹图14.4数字相关法14.4.1概述14.4.2原理14.4.3实验技术与实验设备14.4.1概述数学相关图像测量方法是根据物体表面随机分布的斑纹的光强在变形前后的概率统计的相关性来确定物体表面位移和应变的，其测量过程为由摄像机记录存在于物体表面的斑纹图，这些图像经A/D转换以各像素点灰度值表征。数学相关方法就是利用表面变形前后的两帧图像的灰度值进行相关运算，从而达到求解变形体表面位移和应变的目的。与光干涉方法比较，由于它可以利用物体表面本身
7、的斑点和其他特征，已发展成为实验力学领域中的一种重要的测量方法。通常的图像的灰度8bit,即256个灰度级。14.4.2原理1)选迭代的初始近似值=。2)迭代。3)解式(，可以得到增量。4)根据以上得到的结果计算出和相关因子函数S值。5)迭代的结束：通过附件限制条件控制迭代计算是否结束。6)返回计算结果，即所求的位移及其导数。14.4.2原理图14-7变形前后子区的灰度分布14.4.2原理图14-8变形前后子区中的点14.4.2原理14.4.2原理14.4.2原理14.4.2原理14.4.3实验技术与实验设备1.制斑方法2.数字图像采集系统3.试验设备1.制斑方法1)把被测试件表面抛光打毛，形成粗糙中的精细结构。2)喷涂银粉漆或玻璃微珠，或在物体表面依次喷涂白亚光漆和黑亚光漆。1.制斑方法图14-9物体表面的斑纹图a)金属表面b)喷涂散斑2.数字图像采集系统图14-10计算机数字图像采集系统3.试验设备图14-11加载及图像采集实验设备
