一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，属于结构变形测量 和光测力学测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 透过散射介质模糊图像恢复是一个人们长期关注研宄的问题，通过一些图像处 理方法，人们试图通过物体经过散射介质成的模糊图像恢复透过散射介质的物体清晰原 像，这在天文观测及医学上透过生物体组织成像研宄领域已做出了很多研宄工作。从上 世界七十年代以来，通过相位恢复算法恢复模糊图像成为一个研宄热点，寻求从物体发出 的激光或窄带光透过非均匀散射介质得到的模糊图像恢复出物体清晰原图的方法。随后 30多年里，人们针对不同情况提出了许多方法及相应算法，例如放宽平均交替反射方法 (Luke, 2005)和相位控制HIO方法（Harder等人· 2010)等。
[0003] 光测力学是变形测量的重要方法，具有非接触全场测试的优点。现代光测力学借 助数字图像处理技术和计算机技术的发展，发展了一套数字图像相关方法测量试件或结构 在加载下变形。数字图像相关方法通过在被测试件表面制作随机散斑图像，通过数字相关 算法计算出变形前后试件上每一个散斑子区域的位移，从而获得被测试件的整体应变。由 于该方法装置简单，操作便捷，在工程结构件变形测量中获得广泛应用。边缘检测是针对数 字图像检测被测物体边缘的计算机数字图像算法，在物体结构件变形中可对物体表面一些 标记检测出其边缘，通过标记轮廓的变形来体现被测物体的变形。然而，数字图像相关方法 中对光源照明散斑的亮度波动变化很敏感，而且在一些测试环境中由于环境干扰，例如高 温加热环境中火焰烟雾包裹被测试件，摄相机拍摄得到的试件表面散斑图像发生畸变甚至 模糊不清，直接利用模糊图像无法运用数字图像方法变形计算。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，运用相位 恢复算法从物体透过非均匀散射介质得到的模糊图像恢复出物体清晰原图，结合数字图像 边缘检测方法，利用被测物体表面散斑轮廓变化来计算物体变形。
[0005] 本发明的技术方案如下：一种高温环境下透过火焰烟雾物体变形测量方法，包括 如下步骤：
[0006] 1)在被测物体表面制作反光的耐高温镜面散斑；
[0007] 2)将表面带有散斑的被测物体放入充有火焰烟雾的试验箱中，并置于力热加载台 上，使待测物体被火焰和烟雾包裹，用光源照明被测物体表面，用带有滤光片的CCD相机拍 摄被火焰烟雾包裹的物体表面镜面散斑，得到镜面散斑反射的物体表面模糊图像，将拍摄 得到的模糊图像传入图像计算模块；
[0008] 3)图像计算模块采用相位恢复算法，将物体表面模糊图像恢复出被测物体未被火 焰烟雾模糊的清晰原始表面镜面散斑图像，相位恢复算法采用迭代法，迭代直至最终获得 被测物体未被火焰烟雾模糊的清晰原始表面镜面散斑图像；
[0009] 4)力热加载台对被测物体进行加载，加载前后分别用边缘检测算法获取物体表面 镜面散斑边缘轮廓，对于每个镜面散斑边缘轮廓取加载前形状为参考图形，由镜面散斑轮 廓变化计算出变形后物体表面镜面散斑相对于变形前镜面散斑变形梯度F，进一步得格林 应变张量E :
[0010]
【主权项】
1. 一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，其特征在于该方法包括如下步 骤： 1) 在被测物体（8)表面制作反光的耐高温镜面散斑； 2) 将表面带有散斑的被测物体（8)放入充有火焰烟雾的试验箱（1)中，并置于力热加 载台（4)上，使待测物体被火焰和烟雾包裹，用光源（5)照明被测物体表面，用带有滤光片 的CCD相机（6)拍摄被火焰烟雾包裹的物体表面镜面散斑，得到镜面散斑反射的物体表面 模糊图像，将拍摄得到的模糊图像传入图像计算模块（7); 3) 图像计算模块（7)采用相位恢复算法，将物体表面模糊图像恢复出被测物体未被火 焰烟雾模糊的清晰原始表面镜面散斑图像，相位恢复算法采用迭代法，迭代直至最终获得 被测物体未被火焰烟雾模糊的清晰原始表面镜面散斑图像； 4) 利用力热加载台（4)对被测物体（8)进行加载，加载前后分别用边缘检测算法获取 物体表面镜面散斑边缘轮廓，对于每个镜面散斑边缘轮廓取加载前形状为参考图形，由镜 面散斑轮廓变化计算出变形后物体表面镜面散斑相对于变形前镜面散斑变形梯度F，进一 步得格林应变张量E:
式中FT为变形梯度F的转置，I为单位张量，由每个镜面散斑的应变插值得到物体全 场的应变，在小变形情况下，小应变应变张量即柯西应变张量e等于上述格林应变张量E， e~E，全场应变场e三个分量e= (ex,ey,yxy)，其中x方向正应变ex、y方向正应 变ey和剪切应变yxy的定义分别为：
其中u、v依次为物体表面沿x方向、y方向位移；由物体表面全场应变场积分得到物体 表面变形位移场（u，v): C ^
其中C为积分路径，IV%依次为积分路径起点x方向、y方向的位移常数，
+ 1⑶积分常数，畀='-竽。 axoy
2. 按照权利要求1所述的一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，其特征在 于所述反光的耐高温镜面散斑采用氧化铝或银喷涂于被测物体表面。
3. 按照权利要求1所述的一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，其特征在 于所述反光的耐高温镜面散斑的形状为方形、菱形或三角形。
4. 按照权利要求1所述的一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，其特征在 于所述光源采用激光光源或者窄带光源。
5. 按照权利要求1所述的一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法，其特征在 于：在步骤2)中所述的CCD相机滤光片的透射波长为所用光源中心波长。
【专利摘要】一种火焰烟雾环境下透过烟雾的物体变形测量方法，属于结构变形测量和光测力学测量技术领域。本发明通过激光光源或窄带光源照射表面制备有高温反光镜面散斑的被测物体表面，用镜头带有滤光片的CCD相机透过火焰烟雾拍摄待测物体表面，获取物体表面镜面散斑模糊图像，通过相位恢复算法恢复出被测物体表面散斑未被火焰烟雾模糊的清晰原始图像，通过被测物体受热变形过程中的物体表面散斑形状轮廓变化计算得出物体表面变形，实现实时全场测量被测物体表面变形应变和位移。本发明解决了透过火焰烟雾对物体变形实时全场测量，可用于火焰烟雾环境下物体在受力或受热等导致变形甚至破坏过程中进行实时全场变形测量。
【IPC分类】G01B11-16
【公开号】CN104613888
【申请号】CN201510056306
【发明人】冯雪, 张长兴, 屈哲, 苏红宏
【申请人】清华大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月3日