數(shù)字激光散斑圖像的仿真建模和位移測(cè)量算法研究.pdf

1、數(shù)字激光散斑測(cè)量法是一種對(duì)光學(xué)粗糙表面進(jìn)行無(wú)損全場(chǎng)計(jì)量的技術(shù)，具有實(shí)時(shí)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需光學(xué)平滑表面、全場(chǎng)非接觸測(cè)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(cè)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(dòng)、位移、應(yīng)變和醫(yī)學(xué)診斷等各方面的測(cè)量之中。 本文對(duì)動(dòng)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(cè)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(dòng)態(tài)激光散斑測(cè)量的研究中缺少動(dòng)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(dòng)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(chǎng)，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(dòng)態(tài)散斑圖庫(kù)，在散斑特性研究和位移測(cè)量中起到了較好的作用； 2.針對(duì)散斑圖像位移測(cè)量計(jì)算量大、測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)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(cè)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(jí)位移，減少了位移測(cè)量的時(shí)間。與常規(guī)的數(shù)字散斑相關(guān)測(cè)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(cè)量時(shí)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(cè)量速度、減少圖像的采樣面積，提出了邊緣相關(guān)位移測(cè)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(zhǎng)的像素?cái)?shù)，M為搜索范圍的像素?cái)?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(cè)量法和多層平截算法。其中極值位移測(cè)量法通過(guò)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(cè)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