[发明专利]一种火焰烟雾环境下透过烟雾物体变形测量方法

说明书

技术领域

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

透过散射介质模糊图像恢复是一个人们长期关注研究的问题，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究领域已做出了很多研究工作。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究热点，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。

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

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。

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：

1)在被测物体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；

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；

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：

式中F^T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ε等于上述格林应变张量E，ε≈E，全场应变场ε三个分量ε＝(ε_x,ε_y,γ_xy)，其中x方向正应变ε_x、y方向正应变ε_y和剪切应变γ_xy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)：

其中C为积分路径，u_O、v_O依次为积分路径起点x方向、y方向的位移常数，C₁为积分常数，

本发明所述的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，镜面散斑的形状为方形、菱形或三角形。本发明所述的CCD相机滤光片的透射波长为所用光源中心波长。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：将数字图像处理方法应用于火焰烟雾环境下物体变形测量，克服了火焰烟雾对图像的模糊影响，解决了极端复杂环境下被火焰烟雾包裹的物体表面变形测量。

附图说明