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基于相机网络的运载火箭舱段全周变形实时测量

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中国科学：技术科学 2022年第12期52卷 1849-1858页

作者：邵新星周江帆员方徐莹雋何小元东南大学土木工程学院南京211189 北京强度环境研究所北京100076 东南大学电子电工实验中心南京211189

针对超大直径运载火箭舱段全周变形实时测量需求,研制了由24台相机组成的相机网络变形测量系统和基于CPU并行计算策略的实时三维变形测量软件,成功实现了火箭舱段内表面柱坐标系下360°全周变形测量和局部笛卡尔坐标系下区域变形实时测... 详细信息

针对超大直径运载火箭舱段全周变形实时测量需求,研制了由24台相机组成的相机网络变形测量系统和基于CPU并行计算策略的实时三维变形测量软件,成功实现了火箭舱段内表面柱坐标系下360°全周变形测量和局部笛卡尔坐标系下区域变形实时测量.相机网络测量系统由12套双目系统组成,单套双目系统的视场大小为3.6 m×3.6 m,相邻两套双目系统之间设置一定的重叠区域以保证测量结果的连续性.采用单目摄影测量和双目立体视觉分别重构编码点三维坐标,通过同名编码点实现局部坐标系和全局坐标系之间的坐标变换,最终实现了12套双目系统的坐标统一.单套双目系统可与一台电脑连接,采用基于种子点扩散的并行算法和变形连续性传递的初值估计方法,成功实现了70000点/s的实时三维位移测量和表面应变测量.基于柱坐标下的360°全周变形测量结果,成功实现了扩散角的高精度计算.三个方向位移静态噪声标准差小于0.01 mm,应变静态噪声标准差小于50微应变.

关键词：变形测量全周测量实时测量相机网络运载火箭舱段

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透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法

力学与实践 2023年第6期45卷 1227-1234页

作者：黄力文高飞邵新星东南大学土木工程学院南京211189 北京强度环境研究所北京100076

本文提出了一种结合数字梯度敏感(digital gradient sensing, DGS)方法和数字图像相关(digital image correlation, DIC)方法,可实现平面应力状态下透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法。分别在透明试样和散斑板表面制备蓝色和红... 详细信息

本文提出了一种结合数字梯度敏感(digital gradient sensing, DGS)方法和数字图像相关(digital image correlation, DIC)方法,可实现平面应力状态下透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法。分别在透明试样和散斑板表面制备蓝色和红色的荧光散斑,然后利用3CCD相机分离试样和散斑板上特定光谱的荧光散斑,从而实现前后两个散斑图像的独立成像。分别计算可得到透明试样的应变和应力梯度场。通过展开半平面集中力加载实验,进行实验结果与解析值的对比,验证了此方法的可行性。

关键词：数字梯度敏感法数字图像相关荧光散斑应力应变测量透明材料

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透明试样受集中荷载的应力应变同步测量方法

力学与实践 2023年

作者：黄力文高飞邵新星北京强度环境研究所东南大学土木工程学院

本文提出了一种结合数字梯度敏感法（Digital Gradient Sensing, DGS）和数字图像相关方法（Digital Image Correlation, DIC），可实现平面应力状态下透明试样受集中荷载的应力应变同步测量方法。分别在透明试样和散斑板表面制备蓝色... 详细信息

本文提出了一种结合数字梯度敏感法（Digital Gradient Sensing, DGS）和数字图像相关方法（Digital Image Correlation, DIC），可实现平面应力状态下透明试样受集中荷载的应力应变同步测量方法。分别在透明试样和散斑板表面制备蓝色和红色的荧光散斑，然后利用3CCD相机分离试样和散斑板上特定光谱的荧光散斑，从而实现前后两个散斑图像的独立成像。分别计算可得到透明试样的应变和应力梯度场。通过展开半平面集中力加载实验，进行实验结果与解析值的对比，验证了此方法的可行性。

关键词：数字梯度敏感法数字图像相关荧光散斑应力应变测量透明材料

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多尺度二维数字图像相关测量系统及其应用

东南大学学报（自然科学版） 2017年第2期47卷 242-246页

作者：邵新星何小元张瑾琳东南大学江苏省工程力学分析重点实验室南京210096

为了实现全场多尺度变形测量,利用三轴电动平移台、4台高分辨率相机、3个不同放大倍数的远心镜头和1个显微镜头组成了多尺度二维数字图像相关测量系统,采用该测量装置可实现从宏观到微观尺度的变形测量.实验结果表明:通过置于高精度三... 详细信息

为了实现全场多尺度变形测量,利用三轴电动平移台、4台高分辨率相机、3个不同放大倍数的远心镜头和1个显微镜头组成了多尺度二维数字图像相关测量系统,采用该测量装置可实现从宏观到微观尺度的变形测量.实验结果表明:通过置于高精度三维可控平移台上的二维数字图像相关测量装置,可实现任意微区的跟踪观测.经过标定的测量系统可以对观测区域实现测量尺度的任意切换,达到所需要的测量精度及观测要求.最后对贝氏体钢腐蚀后的表面纹理进行了数字图像相关测量.该测量系统对于裂纹尖端力学行为的研究具有很好的应用前景.

关键词：多尺度测量数字图像相关变形测量裂纹尖端

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飞行器内部区域应变场非接触测试技术

导弹与航天运载技术（中英文） 2023年第2期 102-108页

作者：宫文然刘晓华邵新星何小元王智勇北京强度环境研究所北京100076 空间物理重点实验室北京100076 东南大学土木工程学院南京211189

为解决石英灯遮挡包围加热下的大型结构外表面或结构内部应变梯度较大等复杂应力区域高温应变场非接触式测量问题,利用数字图像相关方法和单相机三维成像原理,结合热防护系统与光路系统一体化设计,形成能够放置于结构内部的耐高温小型... 详细信息

为解决石英灯遮挡包围加热下的大型结构外表面或结构内部应变梯度较大等复杂应力区域高温应变场非接触式测量问题,利用数字图像相关方法和单相机三维成像原理,结合热防护系统与光路系统一体化设计,形成能够放置于结构内部的耐高温小型化数字图像相关测试设备,该设备能够对温度不超过1300℃的目标面进行三维变形场及应变场的测量,已用于舱段结构热试验局部蒙皮破坏过程测量中,为飞行器结构破坏分析和模型验证提供依据。

关键词：数字图像相关测量方法单相机三维成像飞行器结构内部测量高温环境

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基于单相机四视角成像的双轴三维视频引伸计

光学学报 2022年第13期42卷 99-105页

作者：吴旷达屈敬业邵新星何小元东南大学土木工程学院工程力学系江苏南京210018

为解决双视角三维视频引伸计在两个方向测量精度不一致的问题,同时避免使用多相机带来的相机同步和成本高问题的出现,提出了基于单相机四视角成像的三维双轴视频引伸计。在单相机前安装四棱镜,使用一个相机即可从4个视角观察待测区域,... 详细信息

为解决双视角三维视频引伸计在两个方向测量精度不一致的问题,同时避免使用多相机带来的相机同步和成本高问题的出现,提出了基于单相机四视角成像的三维双轴视频引伸计。在单相机前安装四棱镜,使用一个相机即可从4个视角观察待测区域,通过多视角强约束方程对变形前后的测点进行三维重构,并计算测点之间的线应变。为避免棱镜折射对成像的影响,使用窄带单色光进行照明。通过不锈钢拉伸实验验证了所提双轴视频引伸计的测量精度。实验结果表明,使用基于单相机四视角成像的三维双轴视频引伸计可以高精度地测量X方向和Y方向的线应变。对两个方向的线应变多幅图测量结果取平均去噪后得到的应变绝对误差均在30με以内。将测量的力学参数与应变片的测量结果对比,弹性模量的相对误差为0.56%,泊松比的相对误差为1.8%。

关键词：机器视觉数字图像相关四视角成像视频引伸计双轴应变测量精度

三维数字图像相关变形测量结果的一致性研究与校验

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实验力学 2022年第5期37卷 610-620页

作者：刘思梦徐向阳马银行邵新星何小元东南大学土木工程学院江苏南京211189

采用典型四点弯实验对规范测试条件下三维数字图像相关(3D-DIC)变形测量结果的一致性进行了研究,并采用溯源于激光波长的电子散斑干涉(ESPI)计量检测技术对其离面位移测量结果进行校验。结果表明,在规范测试条件下,当相机分辨率为2048pi... 详细信息

采用典型四点弯实验对规范测试条件下三维数字图像相关(3D-DIC)变形测量结果的一致性进行了研究,并采用溯源于激光波长的电子散斑干涉(ESPI)计量检测技术对其离面位移测量结果进行校验。结果表明,在规范测试条件下,当相机分辨率为2048pixel×2048pixel时,3D-DIC的应变测试误差在50με以下,当变形大于1000με时,标准离差率始终处于0.05以下。计量检定结果表明,在采用规定的数字散斑图案、规范操作步骤及计算参数的情况下,采用电动位移计对悬臂梁进行加载,位移为0~10μm时,60mm视场3D-DIC系统测量误差不超过0.25μm。综合上述结果表明,通过规范操作步骤及计算方法等因素,能够保证数字图像相关方法在变形测试时的精度,且结果具有良好的一致性。

关键词：数字图像相关变形测量精度一致性

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基于荧光偏振分像的多翅翼结构三维全场测量

光学学报 2022年第8期42卷 137-145页

作者：陈振宁袁锐嘉邵新星孙伟何小元南京航空航天大学航空学院江苏南京210016 东南大学土木工程学院江苏南京211189

昆虫飞行过程中,翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象,各个翅翼间相互遮挡,导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题,提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法,进行多翅翼结构的三维全场变形测量,解... 详细信息

昆虫飞行过程中,翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象,各个翅翼间相互遮挡,导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题,提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法,进行多翅翼结构的三维全场变形测量,解决翅翼遮挡的动态测量问题。根据偏振成像原理,采用反射镜、偏振镜与分光棱镜组合的分光光路,实现单个偏振相机测量单色翅翼的三维形貌;结合荧光散斑的光谱特征,在各个相互遮挡的翅翼上制作不同散斑荧光,利用带通滤波片分离各个翅翼上特定光谱的荧光散斑,实现多个翅翼的独立成像和同步测量。开展等厚度薄板相对面形貌、变形的测量实验,标定多个相互遮挡面的测量精度。测量昆虫(知了)翅翼交叠的不同形态,给出了任意相互遮挡翅翼的三维姿态,验证测量方法的可行性。

关键词：数字散斑荧光散斑偏振分像翅翼交叠数字图像相关

面向飞行器的高温数字图像相关方法研究现状及展望

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强度与环境 2023年第5期50卷 43-53页

作者：宫文然丁可欣王晓晖邵新星高飞北京强度环境研究所北京100076 东南大学土木工程学院南京211189

飞行器在服役中面临着严酷的高温环境,飞行器构件高温力学性能的研究对于其结构设计与可靠性保障十分重要。数字图像相关方法作为一种常用的非接触式光学测量方法,具有测量精度高、环境要求低、全场测量等优势,但在高温环境下的测量仍... 详细信息

飞行器在服役中面临着严酷的高温环境,飞行器构件高温力学性能的研究对于其结构设计与可靠性保障十分重要。数字图像相关方法作为一种常用的非接触式光学测量方法,具有测量精度高、环境要求低、全场测量等优势,但在高温环境下的测量仍存在诸多技术难题。本文针对高温导致的退相关现象、热流扰动消除、高温散斑制备技术、力热解耦困难及特殊场景下光路遮挡受限等问题技术难题介绍了对应的改进方法,总结了国内外研究人员的优化思路与解决方案,最后针对飞行器力热参数测量需求,对高温数字图像相关方法的技术发展趋势进行展望。

关键词：数字图像相关方法高温环境退相关热流扰动高温散斑