高速风洞试验中的视频测量技术进展

视频测量(Videogrammetry)技术因其对试验模型设计无特殊要求,受到国内外风洞试验机构的青睐。本文在介绍视频测量的理论基础之上,面向高速风洞试验的振动噪声环境,分析了飞行器精细化风洞试验对视频测量技术的需求,综述了大角度大重叠数字图像的外方位元素解算、标记点及其图像处理、相机标定和气动光学波前畸变场测量等技术进展。在2m 量级的高速风洞中,通过多个工程实例表明:视频测量的精度高,同期试验迎角视频实测数据的标准差≤0.0075°;同期动态变形实测数据的标准不确定度为5.232±0.082mm;为气动光学效应的研究与测量提供了新途径,其光路简单、无需使用价格昂贵的相干光源。     

小型无人机电视引导撞网回收中的电视图像测距方法

以撞网方式回收无人机是符合现代无人机发展方向的回收方式。以此方式回收无人机对近场无人机测距提出了更高要求。本文研究了双摄像机绑定跟踪测距的方法，它结合传统光学测距技术和数字图像分析技术．与传统的光学测距相比，提高了测距速度和精度。本文介绍了双摄像机测距原理，给出了空中飞机图像捕捉和目标匹配算法，并介绍了测距误差的校正。实物地面实验结果证明这种测距系统可安全引导无人机撞网回收。     

热结构高温应变光学测量技术发展探讨

高速飞行器热结构的高温应变测量问题是目前制约热结构发展的瓶颈问题。热结构多采用陶瓷基复合材料,该类材料具有热膨胀系数小和弹性模量大的特性,工作环境温度高于一般的金属材料和有机复合材料,因此热结构的应变测试需要适应更高的温度状态,与此同时,还需要有更高的应变测试精度、更高的应变测试分辨率以及十分精确的热力解耦。近几年,高温光纤传感、高温数字图像为代表的先进光学测量技术的发展,为在航天工程上突破高温应变测量问题打下了基础。本文关注于高温应变光学测量领域最新的技术发展,并对后续的发展方向给出思考和建议。     

非接触光测物体大位移研究

提出了一种非接触光学法－单光栅双图像法测量物体位移的新技术，利用两个正交的图像记录系统，在试件作大位移后，记录被平行多光束照射形成的光点所覆盖的试件的图像，借助于记录光路系统几何表数，可建立一联立方程组。解此方程组，就可得到被测物体上诸光点所表示的测点的位移大小和坐标值，文中还论述了度件图上测点位置的确定和修正方法，导出了被测物休图像负片上测点的实际坐标的计算公式，实验结果证明，本文提出的测量理论是正确的。     

基于低密度粒子图像叠加的Micro-PIV速度场测量

提出了一种基于低密度粒子图像的微流体粒子图像全场测速技术.经过背景噪声去除、阈值过滤、图像增强等图像预处理过程,获得了高质量的低密度荧光示踪粒子图像.对100对图像进行图像叠加处理,得到了满足互相关算法求解二维速度场的高密度叠加粒子图像.针对宽度为250μm,深60μm的长直微通道开展了覆盖全场不同流体层平面的二维速度测量,并利用多个流体平面的二维速度场实现了微通道内全场速度的构建.研究结果表明:由于图像叠加法去除了像径大但灰度低的背景粒子图像,采用互相关分析能够准确获得分层二维速度场,所构建的全场速度场正确反映了长直微通道内流流场特征.     

PIV图像粒子像斑的定位偏差评估的讨论

针对PIV技术的直接测量法中图像的可读性和可测性，讨论了从模拟图像到数字图像，最后到粒子像斑中心位置的确定过程中的误差规律；并提出一种称之为粒子像斑定位偏差综合评估的试验方法。该试验提供了一个能较为全面地定量考察PIV图像处理系统（包括硬／软件）在整个图像读入及粒子定位计测过程中对真值偏差的评估方法。最后，对石油大学流体测试室所开发的PIV图像实时采集处理系统进行了其定位偏差的评估测试。     

高精度二维数字图像相关测量系统应变测量精度的实验研究

作为一种简单有效的非接触、全场光学测试方法,二维数字图像相关法(2D-DIC)已在不同领域广泛用于平面物体表面的面内位移和应变测量。为避免实际成像系统固有的(如镜头畸变)以及测量过程中不可避免出现的各种不利因素(如物面离面位移、相机自热)带来的变形测量误差,建立了使用高质量双远心镜头的高精度2D-DIC测量系统。为验证该系统的应变测量精度,对铝合金进行了弹性小变形范围内拉伸实验,并用所建立的2D-DIC测量系统和使用直角应变花的电测法同时测量每级载荷下的横向和纵向应变。实验结果显示建立的2D-DIC测量系统与修正横向效应后的应变电测结果的平均绝对偏差小于10με,由2D-DIC测得的弹性模量和泊松比也与应变片测量结果吻合良好。实验结果表明建立的高精度2D-DIC测量系统可用于工程中材料或结构表面面内小应变的准确测量。     

T型尾翼颤振模型光学测量实验与弯扭特性解算

在FL-26跨声速风洞半模试验段进行了某高速飞机T型尾翼颤振模型的光学测量实验,并依据测量结果解算了尾翼颤振模型的弯扭特性.颤振模型表面用白色圆点进行标记,用于记录模型表面的位移变化,两台固定在风洞试验段上壁板观察孔旁肋板上的400万像素工业相机用来采集图像,采集到的图像通过自主开发的图像解算软件进行图像的识别与求解,计算出尾翼颤振模型表面标记点的三维坐标.模型表面标记点的三维坐标通过坐标变化转换到风洞气流坐标系中,利用不同时刻模型表面坐标的变化计算模型剖面扭角和弹性轴位移的分布.T型尾翼右平尾图像采集实验与弯扭特性计算结果表明,非接触光学测量技术可以用于高速颤振试验的定量分析中.     

用白光散斑测量金属高温热变形的表面处理技术

探讨了不同温度的热过程中材料表面的白光散斑可测性，研究了金属表面氧化与散斑可测性之间的关系和抗高温氧化的实用方法，提出将热喷涂方法制备的防护层用于热变形的白光散斑测量。实验发现，以砂纸打磨的方式制备表面，可适用４００℃以下的热过程。基材表面火焰喷涂通用复合粉末所制备的防护层，可承受９００℃短期高温而保持散斑相关性，并可在７００℃下进行变形测量。表面预处理对基材机械性能的影响很小。     

风沙两相流动光学测量及图像处理技术研究进展

介绍了自风沙动力学诞生以来所使用的各类光学测量方法,阐述了各种方法的优缺点和适用范围,针对最新光学测量技术在近代风沙两相流研究中的重要作用,着重介绍了PIV、高速数字图像测量及其图像处理技术在风沙两相流中的应用,指出光学测量在时间和空间的解析能力上的持续增长将为沙粒微观力学解析和风沙流宏观统计规律获取提供充足的支持.     

基于主动形状模型实现医学图像中的物体(脊柱)定位

主动形状模型(ASM)通过把物体的形状模型及其相应的局部灰度表象模型有机结合以实现图像中的物体定位。在传统ASM中．对物体形状的灰度变化(局部灰度表象)的建模建立在一维采样与搜索方法的基础之上，故其定位准确性低且速度慢。本提出了一种在物体形状每一特征点周围的矩形邻域中使用二维采样与搜索技术．从而改进物体形状的局部灰度表象模型的方法。针对医学图像中的物体定位问题．本比较了基于这种改进的ASM模型和传统ASM模型对同一医学图像集中的脊柱定位能力。实验表明．基于这种改进的ASM模型能快速有效地对医学图像中的脊柱(物体)进行更准确的定位。     

基于HOG和SVM算法的磨粒图像在线监测技术

为了解决发动机润滑油液磨粒图像监测只适用于微流且易受气泡干扰等问题,设计了一种可适用于相对大流量工作环境的油液磨粒光学图像在线监测系统,区分气泡和磨粒。通过该监测系统,批量采集了一系列磨损颗粒和气泡图片,用于后续图像分类算法的训练与测试。采用了一种基于背景差分和大津法的运动物体提取算法提取出大量磨粒及气泡图像样本,运用基于方向梯度直方图（Histogram of oriented gradients, HOG）进行特征提取和支持向量机（Support vector machine, SVM）分类算法对气泡和磨粒进行识别。实验结果表明,该监测系统能有效采集磨粒及气泡图像并进行自动识别。与基于形态学特征提取算法以及K最近邻（K-nearest neighbor, KNN）等传统分类算法相比,HOG-SVM算法分类精度更高,识别准确率可达83.8%。     

燃烧室结构高温变形非接触测量试验研究

为获得地面试验中主动冷却燃烧室在高温状态下的结构总变形和局部应变,基于数字图像相关法开展了非接触测量试验研究。分别采用加速鲁棒特征算法和改进的圆柱曲面数字图像相关法完成了燃烧室结构总变形和局部应变测量及分析。测量结果表明,燃烧室稳定工作条件下,结构轴向总变形约4.8 mm、局部平均应变约0.0049。测量结果与工程粗略估算结果比较吻合,说明所使用的非接触测量方法有效,能够支撑燃烧室热结构设计,测量数据能够用于三维结构强度数值计算的验证。     

整数小波变换在数字水印中的应用

数字水印技术是实现数字产品产权保护的一种有效手段。本文提出了一种基于整数小波变换的数字图像水印算法。首先将原始图像进行分块,逐一对每块子图进行整数小波分解,然后将置乱后的二值图像嵌入到低频系数。实验证明该算法具有较好的隐蔽性和鲁棒性。     

一种改进的数字图像置乱算法

图像置乱技术以有效地保护数字图像的内容为目的,结合常见的几种置乱方法,提出了一种新的图像置乱算法-GEMMER算法。该算法首先将水印图像进行小波分层,得到一个环形向量,然后经过旋转置乱后,嵌入到宿主图像中。经实验分析证明,该方法有良好的周期性,经旋转置乱后的图像能量分布均匀,使水印信息的保密性有了很大提高。     

机械振动全息分析及其若干问题

本文用球面波多重象全息照相分析物体的机械振动,简要地讨论了球面波多重象全息三维振动分析的基本规律,介绍了用计算机控制的显微光密度计确定由测点振动引起的物光波的相位差技术,用几何光学方法推导了曲面测件图象上测点位置的修正公式,提出了提高全息振动条纹分辨率的方法.本文在15cm长度物体上至少可记录105级能分辨的全息振型条纹.     

比色测温系统的实现

温度是一种很重要的物理量,测量方法很多。但是对于危险物体、高温物体的温度测量,传统的接触式测温方法不太适合。文章提出了一种远程测温方法,即用比色测温技术实现安全、准确的测温,用无线收发系统实现信号、数据的远程传送。     

面向体三维显示器的图形算法设计

针对一种基于旋转双螺旋屏幕逐层扫描技术的体三维显示系统,设计并实现了一套支持真实空间三维显示的图形算法体系.算法核心主要包括立体图元的体素化,切片图像渲染和投影同步控制等3个环节.图形系统通过离散三维网格模型获取体三维显示需要的体数据,并根据螺旋屏幕的几何特征将物体的体数据集渲染成切片图像序列发送至高速投影单元,在保持投影与屏幕旋转同步的情况下,快速变换的投影图像基于视觉暂留融合成具有真实物理深度的三维影像.算法在体三维显示器样机上进行了验证,显示的三维影像占据真实物理空间,具备全方向观察角度,围绕显示器可直接观察到立体图像各个不同侧面,如同观察真实物体一样.     

稀疏泡状流中变形气泡的三维图像测量技术

研究气泡变形对于分析泡状流中气泡的受力和运动具有重要意义.设计了一种可确定稀疏泡状流中气泡空间坐标与变形参数的图像测量技术:原始图像经预处理和增强后,结合形态学方法识别出变形气泡投影的闭合轮廓.改进了分水岭方法对气泡投影进行分割,并用对称直线法确定投影中心改进Hough变换,得到椭球气泡模型的投影椭圆参数.提出了一种由两幅投影轮廓重构三维气泡模型的算法并分析了实验误差.该技术可较准确地测得气泡空间坐标和变形参数:投影椭圆的参数误差小于3个像素,气泡识别误差小于15%.     

高速运动喷雾图像的实时采集技术

针对高速运动喷雾图像的实时采集技术，开发出用于柴油机喷雾测试的实时图像采集系统。对喷雾初始信号的探测、脉冲激光器触发以及图像采集之间的时序关系进行了研究，并通过试验测得了ＣＣＤ摄像机对光强的响应特性。最后，给出了该系统在柴油机喷雾开始后延时０．９ｍｓ实时采集的喷雾图像实例。