几种ESPI滤波方法的比较及基于RBF散斑信息提取方法的研究

摘要

光学测量技术是一种全场、非接触无损检测技术,渗透到科学和工程的多个领域。电子散斑干涉技术(ESPI)和数字散斑相关方法(DSCM)是两种最常用的光学测量方法。高精度的信息提取是这两种光学测量技术应用的基础。本文就电子散斑干涉技术和数字散斑相关方法中有关信息提取的一些关键问题进行了研究。电子散斑干涉测量以条纹图或相位图的形式表现测量结果,然而无论是条纹图还是相位图都含有大量的噪声,严重干扰了相位信息的提取。因此,如何有效地降低噪声的影响,提高条纹的对比度,成为电子散斑干涉测量技术的关键问题之一。数字散斑相关法通过相关搜索算法获得被测试件的位移场,搜索算法的性能将直接影响测量精度的高低及测量的实时性。如何提高相关算法的计算精度和计算效率也成为数字散斑相关技术的关键问题之一。
　　本文的具体工作包括:
　　(1)基于偏微分方程(PDE)的滤波方法是ESPI滤波中的有效工具。本文比较分析了六个非方向偏微分方程和两个方向偏微分方程滤波模型的性能,总结了每个滤波模型的特点及各自的适应性。
　　(2)通过我们的分析比较,结果表明方向二阶PDE滤波模型是一种有效的PDE模型。本文进一步将该模型与几种有代表性的、新近的ESPI滤波方法进行了比较分析,包括窗傅里叶滤波法、正则化二次方向成本函数法、新近的方向模板滤波法和局域傅里叶变换滤波法,并对各方法的滤波性能进行了总结。
　　(3)将径向基函数引入到ESPI信息提取中,包括:针对粗宽ESPI条纹图,提出了基于径向基函数的ESPI条纹图滤波的新方法;将径向基函数应用于条纹骨架线法的条纹级数插值中;采用径向基函数对相位解包裹得到的相位进行平滑处理。利用基于径向基函数的信息提取新方法对三氧化二铝(Al2O3)陶瓷基片在激光照射下不同时刻的热变形进行了测量。
　　(4)提出了一种基于数字散斑相关法和径向基函数插值相结合的位移场分析新方法,径向基函数插值对散乱数据具有高精度的逼近能力,新方法的计算效率同时得到提高。由该方法获得的位移场不再需要任何平滑技术进行后处理。将该方法应用于铝片刚体位移变形场和试验梁三点弯曲变形场的测量,获得了较理想的位移场。

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第一章 绪论

1.1激光散斑干涉法

1.2电子散斑干涉信息提取的关键技术

1.3径向基函数多变量插值

1.4研究工作的主要内容和创新点

第二章 ESPI中几种偏微分方程滤波模型的比较分析研究

2.1基于偏微分方程滤波方法的一般描述

2.2偏微分方程滤波模型的推导

2.3基于偏微分方程的滤波模型在ESPI中的比较分析研究

2.4偏微分方程滤波模型性能的总结

2.5本章小结

第三章 有代表性的、新近的电子散斑干涉滤波方法的比较分析研究

3.1相关工作的回顾

3.2被比较的滤波方法的介绍

3.3滤波方法的性能比较及分析

3.4本章小结

第四章 基于径向基函数插值的ESPI信息提取新技术的研究

4.1基于径向基函数插值的滤波方法

4.2径向基函数在条纹骨架线法中的应用

4.3三氧化二铝(Al2O3)在激光照射下的热变形测量

4.4径向基函数在相移法中的应用

4.5本章小结

第五章 基于数字散斑相关与径向基函数插值相结合的位移场分析方法

5.1数字散斑相关方法原理简介

5.2三种经典的数字散斑相关搜索算法

5.3基于数字散斑相关与径向基函数插值相结合的方法

5.4提出的方法在两种变形场测量中的应用

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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