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前言 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和激光干涉測量等方法的迅速發(fā)展,使得實(shí)驗(yàn)力學(xué)特別是光測實(shí)驗(yàn)力學(xué)除了應(yīng)用在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與材料力學(xué)性能測量外,在微納電子機(jī)械系統(tǒng)、生物力學(xué)性能等領(lǐng)域具備了前所未有的解決問題的能力,充分體現(xiàn)了現(xiàn)代光測力學(xué)方法非接觸、靈敏度高、全場測量等優(yōu)點(diǎn),而計(jì)算機(jī)與圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光測力學(xué)數(shù)據(jù)采集的自動化以及圖像數(shù)據(jù)海量處理的實(shí)時(shí)化、自動化和結(jié)果的可視化,提高了實(shí)驗(yàn)效率和精度。 本書主要內(nèi)容分為兩篇:第一篇為現(xiàn)代光測力學(xué)技術(shù)共9章,第一章是光測力學(xué)的預(yù)備知識,簡明扼要地介紹了測量技術(shù)中使用的光學(xué)原理與現(xiàn)象。第二~七章結(jié)合現(xiàn)代光測技術(shù)發(fā)展歷史,系統(tǒng)介紹以光波干涉為基礎(chǔ)的，固體實(shí)驗(yàn)力學(xué)中廣泛使用的，納米、亞微米級的離面變形測量精度的全息干涉、牛頓條紋和散斑圖干涉,以及適合于面內(nèi)變形測量的云紋干涉和動態(tài)力學(xué)行為測試的激光多普勒頻移技術(shù)等;第八、九章為非干涉光學(xué)測量技術(shù),包括第八章的具有微米、亞毫米級的面內(nèi)與離面變形測量精度的幾何云紋技術(shù),以及第九章介紹當(dāng)前最流行的、與計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)密切相關(guān)的,測試精度從納米級至毫米級甚至米級,應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的測量方法——數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)。第二篇為數(shù)字圖像處理技術(shù),包括第十章圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)及第十一章專門針對光測力學(xué)干涉條紋計(jì)算機(jī)自動處理的條紋圖相位解調(diào)技術(shù)與相位去“包裹”理論及方法等。第十二章專門介紹本書的合作者新加坡技術(shù)與設(shè)計(jì)大學(xué)機(jī)械系陳陸捷博士與課題組聯(lián)合開發(fā)的光測力學(xué)圖像處理軟件平臺的有關(guān)功能。 本書結(jié)合作者多年教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn)和近年來國內(nèi)外發(fā)展的最新研究成果,力求用簡明扼要的語言及淺顯精煉的數(shù)學(xué)公式向讀者介紹現(xiàn)代光測力學(xué)的測量原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù),并列舉相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例;不同于國內(nèi)其他同類書籍之處就是本書在系統(tǒng)介紹光測力學(xué)圖像處理技術(shù)與方法之外,為讀者介紹并免費(fèi)提供作者編寫的圖像處理及圖形處理試用軟件。 本書可作為高等院校工程力學(xué)、機(jī)械工程等專業(yè)的高年級本科生和研究生實(shí)驗(yàn)力學(xué)課程光測部分的教材,也可供材料科學(xué)、生命科學(xué)、儀器儀表專業(yè)的研究人員和技術(shù)人員參考。 本書由楊福俊、何小元、陳陸捷主編,所附的光測力學(xué)圖像處理程序由現(xiàn)為新加坡技術(shù)與設(shè)計(jì)大學(xué)的陳陸捷博士主體開發(fā)并通過互聯(lián)網(wǎng)提供免費(fèi)試用程序下載。參加本書編寫工作的,或提供有益幫助的還有東南大學(xué)工程力學(xué)固體力學(xué)專業(yè)已畢業(yè)的孫偉、陳凡秀、朱飛鵬、史紅健和戴美玲博士,戴維斯與盧位昌碩士等。 作者 2015年3月于南京東南大學(xué) 目錄 第一篇現(xiàn)代光測力學(xué)技術(shù) 1 第一章光學(xué)基礎(chǔ)知識2 1.1光波2 1.2光波的共線干涉3 1.3光程差和干涉儀的基本結(jié)構(gòu)4 1.4干涉條紋6 1.5雙光束斜射干涉條紋特征7 1.6光的衍射8 1.7光的偏振9 1.8雙折射11 1.9凸透鏡12 1.10激光12 1.11激光散斑13 第二章全息及數(shù)字全息干涉技術(shù)16 2.1引言16 2.2光學(xué)全息圖記錄與重現(xiàn)16 2.3數(shù)字全息圖的重現(xiàn)方法19 2.4全息干涉與位移測量21 第三章牛頓條紋與微翹曲測量25 3.1牛頓條紋25 3.2牛頓條紋的形成25 3.3牛頓條紋法的測量裝置26 3.4應(yīng)用測試27 第四章邁克爾遜干涉儀與離面變形的測量29 4.1邁克爾遜和他的實(shí)驗(yàn)29 4.2邁克爾遜干涉儀29 4.3測量離面變形的激光散斑干涉裝置31 第五章剪切散斑干涉技術(shù)35 5.1剪切與光學(xué)剪切實(shí)現(xiàn)方法35 5.1.1基于邁克爾遜干涉光路的剪切散斑圖干涉方法36 5.1.2基于光楔剪切成像的剪切散斑圖干涉方法37 5.1.3基于沃拉斯頓棱鏡剪切成像的剪切散斑圖干涉方法38 5.2剪切散斑圖干涉條紋的形成原理39 5.3剪切散斑圖干涉技術(shù)應(yīng)用簡介41 第六章云紋干涉與散斑圖干涉技術(shù)——面內(nèi)變形的測量44 6.1衍射光柵44 6.2云紋干涉法測量面內(nèi)位移46 6.3基于散斑圖干涉方法的面內(nèi)位移測量50 第七章激光多普勒干涉技術(shù)與振動測量52 7.1多普勒頻移理論52 7.2光學(xué)多普勒頻移的測量54 7.3運(yùn)動方向的確定56 7.4振動模態(tài)的散斑圖干涉測量技術(shù)60 第八章光學(xué)非干涉測量(一)——幾何云紋法65 8.1幾何云紋的形成65 8.2平面幾何云紋條紋與面內(nèi)變形的關(guān)系67 8.2.1純拉壓變形67 8.2.2純剪切變形69 8.2.3平面應(yīng)變的測量與分析70 8.3影柵云紋法與離面變形及三維形貌測量74 8.4柵線投影三維形貌測量方法77 8.5投影柵條紋相位的解調(diào)79 8.6柵線投影系統(tǒng)的標(biāo)定方法82 8.6.1基于兩平面的等相位坐標(biāo)法82 8.6.2橫向標(biāo)定原理85 第九章光學(xué)非干涉測量(二)——數(shù)字圖像相關(guān)方法86 9.1平面二維變形測量原理87 9.2相關(guān)搜索88 9.2.1粗細(xì)搜索法89 9.2.2十字搜索法89 9.2.3牛頓拉斐遜迭代搜索法89 9.3亞像素插值90 9.3.1亞像素灰度插值91 9.3.2相關(guān)系數(shù)的亞像素曲面擬合、插值92 9.3.3基于梯度的亞像素位移算法93 9.4數(shù)字圖像相關(guān)測量散斑制備要點(diǎn)94 9.5二維圖像相關(guān)測量技術(shù)的應(yīng)用94 9.6基于雙相機(jī)的三維圖像相關(guān)測量技術(shù)99 9.6.1雙目立體視覺原理99 9.6.2雙目立體視覺成像模型100 9.6.3雙目立體視覺成像系統(tǒng)標(biāo)定101 第二篇光測力學(xué)中的圖像處理技術(shù) 第十章圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)106 10.1圖像處理概述107 10.2數(shù)字圖像的獲取107 10.3數(shù)字圖像處理方法107 10.4圖像處理中的正交變換——離散傅里葉變換109 10.5圖像增強(qiáng)111 10.5.1基于空間域的圖像增強(qiáng)方法111 10.5.2基于頻域的圖像增強(qiáng)114 第十一章條紋圖條紋相位的解調(diào)技術(shù)115 11.1相移技術(shù)115 11.2相移技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法117 11.2.1時(shí)間相移技術(shù)117 11.2.2空間相移技術(shù)121 11.2.3載波調(diào)制條紋的相位解調(diào)122 11.3單幅載波調(diào)制條紋的傅里葉變換解調(diào)相位123 11.4不連續(xù)體表面形貌測量問題中的相位解調(diào)125 11.5條紋正則化處理技術(shù)127 11.5.1統(tǒng)計(jì)濾波127 11.5.2條紋圖的條紋方位場和方向場的估計(jì)與調(diào)整129 11.5.3條紋空間頻率場的估計(jì)與調(diào)整130 11.5.4應(yīng)用實(shí)例130 11.6相位“去包裹”技術(shù)133 11.6.1空域相位解包裹算法133 11.6.2時(shí)域相位解包裹算法134 11.7數(shù)字采樣云紋法136 11.7.1基本原理136 11.7.2誤差分析138 11.7.3誤差補(bǔ)償139 11.7.4補(bǔ)償方法142 第十二章光測力學(xué)圖像處理軟件平臺144 12.1跨平臺圖像處理程序——UU144 12.1.1圖像采集模塊的功能與使用方法145 12.1.2圖像導(dǎo)入與批處理操作功能148 12.1.3圖像處理模塊151 12.1.4光測控制與圖像處理模塊154 12.1.5圖形與文本工具157 12.1.6多字節(jié)圖像的導(dǎo)入158 12.2跨平臺數(shù)值數(shù)據(jù)渲染程序——Fig159 12.2.1圖形的融合159 12.2.2直方圖圖形顯示160 12.2.3平面曲線圖形顯示162 12.2.4三維基本圖形元素圖的繪制163 12.2.5二維、三維圖形的渲染164 12.2.6立體圖形的渲染166 12.2.7程序Fig自定義文件格式167 參考文獻(xiàn)171 致謝173 |
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