Алгоритмы и программные средства анализа оптических изображений поверхности материалов для оценки их деформации

• Автор: Любутин, Павел Степанович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 186 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Аналитический обзор алгоритмов, методов оценки

деформации и методов вычисления поля движения

1.1. Экспериментальные методы оценки деформации

1.2. Методы оценки деформации, основанные на обработке оптических

изображений

1.3. Методы вычисления поля движения.

1.4. Постановка задачи.

Глава 2. Моделирование изображений

2.1. Моделирование оптического образа поверхности

2.1.1. Представление непрерывных изображений
2.1.2. Дискретизация детерминированных изображений
2.1.3. Моделирование поверхности
2.2. Моделирование изображений, отражающих различные схемы
нагружения образцов пластичных материалов
2.2.1. Модель двуосного растяжения
2.2.2. Модель чистого сдвига
2.2.3. Модель трехточечного изгиба
2.2.4. Модель усталостной трещины.
2.3. Моделирование помех, содержащихся в изображениях, получаемых
с помощью видеодатчиков
2.3.1. Моделирование размытия.
2.3.2. Моделирование шумов видеодатчика 1.
2.4. Заключение
Глава 3. Разработка способа оценки деформации, основанного на
расчете перемещений участков поверхности.
3.1. Базовый алгоритм оценки перемещений.
3.2. Разработка быстродействующего алгоритма построения векторов перемещений и вычисления компонент деформации
3.2.1. Алгоритм построения полей векторов перемещений.
3.2.2. Оптимизация алгоритма вычисления ВКФ по времени расчета
3.2.3. Расчет компонент деформации
3.3. Алгоритмы определения перемещений с субпиксельной точностью и постобработки полей векторов перемещений.
3.3.1. Применение интерполяционных сплайнов.
3.3.2.лияние субпиксельной точности на расчет компонент
деформации.
3.3.3. Алгоритм постобработки ноля векторов перемещений и влияние на расчет компонент деформации.
3.4. Заключение
Глава 4. Тестирование и верификация разработанного способа
оценки деформации с использованием модельных изображений
4.1. Верификация способа оценки деформации с использованием модельных изображений, отражающих различные схемы нагружения материала.
4.1.1. Двуосиое растяжение
4.1.2. Чистый сдвиг.
4.1.3. Трехточечный изгиб
4.1.4. Модель усталостной трещины.
4.2. Оценка точности вычисления перемещений и помехоустойчивости алгоритмов при наличии возмущающих факторов.
4.2.1. Влияние корреляции между соседними элементами пикселами модельного изображения
4.2.2. Влияние шума на модельном изображении
4.2.3. Влияние искажений яркости на модельном изображении
4.2.4. Влияние размытия модельных изображений.
4.3. Расчет деформации на основании анализа модельных нолей векторов перемещений в процессе распространения трещины.
4.4. Заключение.
Глава 5. Практическое применение способа оценки деформации
5.1. Общие подходы к созданию технических средств диагностирования.
5.2. Диагностика усталостного разрушения авиационных материалов
5.3. Аттестация механических свойств керамических материалов
5.4. Заключение.
Заключение.
Слисок использованных источников.
Приложения.
Введение
Актуальность


Приведено сравнение двух методов анализа деформаций в процессе усталостного разрушения. В пятой главе рассматривается практическое применение способа оценки деформации. Проводится разработка способов диагностики применительно к высоконагруженным агрегатам планера самолетов типа СУ-, а также аттестации механических свойств керамических материалов. В заключении приводятся основные выводы по результатам диссертации. В диссертации принята тройная нумерация формул, рисунков и таблиц. Первая цифра указывает номер главы, вторая - номер подраздела, третья - порядковый номер рисунка, таблицы или формулы внутри данного параграфа. Личный вклад. Совместно с научным руководителем С. В. Паниным выполнена постановка задач диссертационного исследования, анализ и обсуждение результатов теоретических и практических исследований. Автором разработаны программы анализа оптических изображений для построения полей векторов перемещений и расчета компонент деформаций, программы моделирования оптических изображений поверхности образцов находящихся под нагрузкой, программа моделирования помех оптической системы и видеодатчика оптико-телевизионной измерительной системы. Разработаны методики диагностики усталостного разрушения авиационных материалов и аттестации механических свойств керамических материалов. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [], [ИЗ], [4], [2], [4], [6], [2], [9],[ 0]. Глава 1. Метод спскл-интерфсрометрии. Спекл-интерферометрия базируется на спекл-эффекте, который приводит к формированию случайной интерференционной картины, наблюдаемой при рассеянии когерентного света на оптически грубой поверхности. Создание лазеров, способных генерировать излучение видимого диапазона с высокой когерентностью и большой интенсивностью, позволило применить эти методы к решению практических задач. В спекл-интерферометрии можно выделить два основных метода: 1) корреляционную спекл-интерферометрию; 2) спекл-фотографию. В зависимости от способа регистрации и наблюдения интерференционной картины можно добиться, чтобы расстояние между полосами было чувствительным к локальным смещениям поверхности либо к первым или вторым производным от этих смещений по координатам. В методе спскл-фотографии с помошыо линзы осуществляется запись на одной фотопластинке (в случае использования в качестве чувствительного элемента фотопластинки) двух рассеянных предметом световых волн. При этом вторая волна рассеивается предметом, находящимся в смещенном по отношению к первоначальному положении. Рассмотрим устройство, схема которого приведена на рис. Оптически шероховатая поверхность обозначена й. Поверхность освещается расходящейся волной (/о, запись спекл-структуры осуществляется в плоскости изображения 1. Рис. При двойной экспозиции фотопластинки - сначала светом, рассеянным предметом до смещения, а затем после того, как предмет смещается на расстояние с в направлении оси х2, - то па фотопластинке записываются две идентичные спекл-структуры. Они смещены друг относительно друга на расстояние , которое в данном случае равно = тс1ъ где гп - увеличение оптической системы ( тоже параллельно оси х2). Рассмотрим в первой слскл-структуре слагаемое, соответствующее решетке с пространственной частотой ]. М/х2. О?. Н/2)5> = 0, 1,2, . Таким образом, в точках Фурье-плоскости, соответствующих пространственным частотам, для которых выполняется условие (1. Важно отметить, что условие (1. Рис. Схема установки, реализующей метод корреляционной спскл-интсрферометрии, представлена на рис. Делитель В расщепляет плоскую волну на две волны одинаковой интенсивности. Эти две волны освещают две шероховатые поверхности О] и /. Волны, рассеянные поверхностями О| и , интерферируют в плоскости изображения линзы Л. Возникающее в этой плоскости распределение интенсивности соответствует интерференционной каргине для волн, рассеянных поверхностями 0 и ? Пусть Ц = щехрС/уО и иг = нгехрОУг) - комплексные амплитуды этих волн; щ, иг и у/и у/2 соответствуют случайно меняющимся амплитудам и и фазам у/ спеклов. I^=Jx+J¦l + 2JJJ'1cos'V, (1. J[ - и{и\ = ^2^2*, У* = ? Д. (1.