工程目标微倾斜和挠曲变形的非接触测量方法研究

【摘要】激光散斑测量技术是一种基于激光散斑特性而发展起来的现代光测力学技术,具有全场、非接触、高精度、高效率、实时性、简单灵活、抗干扰能力强等优点。随着数字图像记录处理技术和现代光电子技术的发展,基于数字激光散斑图像分析的测量技术逐步被应用于位移、振动、应变和医学诊断等各个领域中。微倾斜和挠曲变形的非接触测量方法在工程试件的力学性能测试和工程现场目标的健康检测等领域具有重要的应用价值。本文通过对数字散斑图像位移测量方法和激光散斑图像特点的研究,以理论分析、数值模拟和实验测试验证相结合的方法,对工程目标微弯曲和挠曲变形的激光散斑测量方法进行了探索和研究,主要工作有：(1)介绍了激光散斑的产生机理、类型和数学描述,从概率统计的角度阐述了激光散斑的特性,分析了散斑场的强度和相位联合概率密度函数,并对客观散斑和主观散斑的颗粒表观尺寸进行了讨论；对基于激光散斑图像位移的微倾斜和挠曲变形非接触测量方法的基本光学原理进行了推导分析。(2)进行了高效率、高精度和高鲁棒性的散斑图像位移分析方法的研究和算法实现研究。提出了一种基于空间频谱相移的快速、非插值亚像素数字散斑微位移分析方法(SSPSM),通过引入窗口函数和迭代方法,较好的抑制了离散傅里叶变换的边缘效应,实现了散斑图像位移的非插值、亚像素、频域的快速计算。提出了一种基于物理场景的散斑模拟生成方法,实现了任意位移、任意量化深度、任意分辨率和任意信噪比的数字散斑图像的生成。利用产生的数字散斑图像对SSPSM算法的计算精度、计算效率和鲁棒性进行了MATLAB仿真,结果表明该算法具有非常好的计算精度和效率,同时对低分辨率、低量化深度和低信噪比的图像也具有良好的鲁棒性。(3)进行了基于激光散斑图像位移分析的目标微倾斜非接触测量的实验研究。首先在实验室搭建了微倾斜测量光路,通过RSP60-L精密型旋转平台控制试件倾斜的角度,用CCD照相机对倾斜前后的散斑图进行采集,利用本论文提出的SSPSM散斑图像位移算法对采集到的散斑图对进行计算分析,验证了测量方法的可行性和精度,以及SSPSM算法的鲁棒性。(4)进行了基于激光散斑图像位移分析的钢梁模型挠曲变形的实验研究。对工程钢梁模型在正压力载荷下的挠曲进行了测量,利用电液伺服结构试验加载系统控制钢梁模型在正压力载荷下的挠曲变形,通过激光垂直照射到钢梁不同部位,利用CCD相机记录不同压力载荷下的散斑图像序列,再通过SSPSM算法分析图像位移并得到钢梁不同部位的挠曲角度,初步验证了基于散斑图像位移分析的工程目标挠曲变形非接触测量方法的应用可行性,并讨论了存在的问题和今后的改进措施。
【作者】卢和林；
【导师】黄朝红；
【作者基本信息】厦门大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】数字散斑；离焦成像；位移测量；

【参考文献】
[1]陈翔.轨道交通对控规阶段土地使用强度影响研究[D].长安大学,城市规划与设计,2014,硕士.
[2]高艳丽.甘草酸—石墨烯复合材料的制备及其在新型靶向药物运输体系中的应用研究[D].青岛大学,2012.
[3]毛志高,吕庆伟.微型机应用于开轧终轧温度集中检测[J].冶金自动化,1984,06:30-35.
[4]侯院军.双馈风力发电机组控制系统设计[D].上海交通大学,控制工程（专业学位）,2012,硕士.
[5]谭力学.芎黄合剂对大鼠肝纤维化的干预实验[D].重庆医科大学,内科学,2004,硕士.
[6]谭芳丽.对马耳山乡村旅游开发模式的研究[D].辽宁大学,旅游管理,2012,硕士.
[7]谭意.基于弹性设计理念的小户型住宅空间研究[D].湖南师范大学,设计艺术学,2013,硕士.
[8]李家文,姚君遗,杨善林.基于决策树方法的个性化课件资源选择[J].教育信息化,2003,06:43-44.
[9]蔡起超.航天器推进系统数据管理系统设计及实现[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[10]林程芳.对比锁阳与锁阳淫羊藿合剂对训练大鼠肝脏的保护作用[D].曲阜师范大学,运动人体科学,2013,硕士.
[11]林辉.藏药喜马拉雅紫茉莉的质量研究[D].北京中医药大学,中药生药学,2014,硕士.
[12]黄勋,邓子德,倪语星,邓敏,胡必杰,李六亿,李家斌,周伯平,王选锭,宗志勇,刘正印,任南,李卫光,邹明祥,徐修礼,周建英,侯铁英,鲜于舒铭,胡成平,艾宇航,王玉宝,秦秉玉,刘进,吴佳玉,郑波,孙树梅,赵鸣雁,吴安华.多重耐药菌医院感染预防与控制中国专家共识[J].中国感染控制杂志,2015,01:1-9.
[13]彭荣宏.初中数学“自能”学习导学案的理论与实践研究[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[14]宋英波.沙河口区初中教师参与学校管理的调查研究[D].黑龙江大学,教育管理,2013,硕士.
[15]姜永常.论数字图书馆的知识服务[A].黑龙江省高等教育学会.高等教育改革的理论与实践研究——黑龙江省高等教育学会2002年学术年会交流论文集[C].黑龙江省高等教育学会:,2002:4.
[16]周艳.液相色谱固定相TiO_2的制备与应用研究[D].南京师范大学,分析化学,2012,硕士.
[17]李邦定.含界面再生混凝土复合材料力学性能的细观解析分析与数值模拟[D].华南理工大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[18]赵品勇.图像压缩方法探索：LZW算法与商图像—余图像[D].重庆大学,2002.
[19]全莎沙.生态翻译学视角下的林语堂翻译研究[D].华中师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[20]杨鹏.氯唑沙宗在SD大鼠体内的代谢及药动学相互作用研究[D].福建中医药大学,药物分析学,2014,硕士.
[21]王丹.露天采矿机动力传动系统研究[D].长安大学,机械电子工程,2013,硕士.
[22]秦启轩.论受教育权的实现与保障[D].河海大学,高等教育学,2004,硕士.
[23]陈菁.福建省农村信用社经营管理效率评价分析[D].福建农林大学,农业科技组织与服务,2012,硕士.
[24]王园园.复杂地质条件下角度域共成像点道集提取方法研究[D].中国石油大学（华东）,地球探测与信息技术,2012,硕士.
[25]曹水艳.表面等离子体结构聚焦和吸收特性的研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),光学,2013,硕士.
[26]廖秋实.水油相组成对微乳液相行为及增溶性能的影响研究[D].山东师范大学,物理化学,2013,硕士.
[27]檀紫瑞.CXCR4和MMP-9在非小细胞肺癌中的表达及意义[D].河北医科大学,外科学,2013,硕士.
[28]张众正.批量反作用飞轮的力矩优化分配策略与容错控制[D].哈尔滨工业大学,航天工程,2014,硕士.
[29]王创.统计假设检验中显著性水平α的选择[D].兰州商学院,数量经济学,2013,硕士.
[30]孙丽琴.携带黄龙病菌的柑桔木虱内生细菌菌群多样性分析及功能验证[D].重庆大学,生物学,2014,硕士.
[31]朱凌.液固界面孔状氢键网络结构的研究[D].南昌大学,光学工程,2014,硕士.
[32]罗妙英.论交通事故损害赔偿中被挂靠单位的责任承担[D].大连海事大学,法律,2012,硕士.
[33]李绍慧.小麦对白粉病感病性基因筛选与功能分析[D].浙江大学,植物病理学,2013,博士.
[34]洪思琦.星形胶质细胞介导的腺苷信号在持续惊厥后癫痫形成中的作用研究[D].重庆医科大学,儿科学,2014,博士.
[35]吕敏.连锁企业统一配送体系构建的实例研究[D].华中科技大学,物流工程,2013,硕士.
[36]石磊.达县网上行政审批系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[37]辛晓平,王刚,赵松岭.不同水分条件下春小麦种群中个体大小不整齐性及遗传学分析[J].植物生态学报,1998,02:62-68.
[38]刘瑞.A兵器预研项目进度与成本综合控制应用研究[D].山东大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[39]郦拓斌,陈霞,曹雅婷.“类金融”预付模式及风险控制——以永琪公司为例[J].现代物业(中旬刊),2013,08:50-51.
[40]李杨.基于RSSI地下定位技术理论与实验研究[D].佳木斯大学,农业机械化工程,2014,硕士.
[41]王小董.几种虫草无性型真菌菌丝中天然色素研究[D].安徽农业大学,微生物学,2011,硕士.
[42]孙金金.论可及性、先行词生命性对主、宾语关系从句加工的影响[D].西南大学,外国语言学与应用语言学,2013,硕士.
[43]孟超.葛萝槭天然种群遗传多样性研究[D].山西师范大学,生态学,2014,硕士.
[44]张剑.直流偏磁条件下变压器振动噪声的多物理场耦合研究[D].沈阳工业大学,电机与电器,2013,硕士.
[45]秦忠虎.基于声发射监测的矿柱破裂过程实验研究[D].东北大学,采矿工程,2011,硕士.
[46]杨玉珍.村庄舆论的变革[D].华中师范大学,政治社会学,2014,硕士.
[47]崔学文,李杰.小浪底工程人力资源管理[J].中国水利.2004(12)
[48]王晓兰.“135”互动课堂教学模式在地理教学中的应用研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[49]陈雪芳,黄英,黄海舰,王科.锂离子电池用硅负极材料的研究进展[J].中国科技论文,2014,09:1070-1074.
[50]徐诺,程立东,程建霞.我国高校英文学术期刊拓展国际稿源比——以《国际智能和纳米材料杂志》(英文版)为例[A].中国科学技术期刊编辑学会.2012年第四届科技期刊发展创新研讨会论文集[C].中国科学技术期刊编辑学会:,2012:3.