《動態光測力學數字式陣列高速攝像系統研製》是依託清華大學，由姚學鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：動態光測力學數字式陣列高速攝像系統研製
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：姚學鋒
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速攝像技術是動態光測力學及材料動態力學性能、動態斷裂行為研究的重要手段。目前，適於動態光測力學研究的數字式高速攝像系統極其匱乏，主要限於傳統的膠片式多火花高速攝影系統。本項目主要研製數字式陣列高速攝像系統樣機，包括：４*４陣列ＬＥＤ光源、４＊４陣列ＣＣＤ相機、精密的時序同步延遲控制系統、光學成像系統、衝擊載入系統、16幅高速攝像採集及分析軟體系統等；揭示陣列高速攝像系統的幾何光學設計原理與成像機制，攻克傳統多火花高速攝影系統固有的技術弱點（光源光強不均勻、放電自擊、膠片記錄與暗室操作），實現動態光力學圖像（動焦散、動光彈、動態散斑圖像、動雲紋等）的高速數位化記錄、傳輸及分析。形成具有我國自主智慧財產權的動態光測力學儀器設備，推動材料與結構動態力學行為基礎科學問題的創新性實驗研究。
結題摘要
本項目對數字式陣列高速攝像系統進行設計及動態變形和斷裂力學行為的套用研究。首先，提出3*3數字式陣列高速攝像系統的設計方案，包括3*3陣列LED光源單元、3*3陣列CCD相機單元、高精度時序同步延遲控制單元、光學成像單元、載入單元等。數字式陣列高速攝像系統由3*3陣列LED點光源發出的光經第一場鏡作用變為平行光，穿過試件後再經過第二場鏡匯聚，最終由3*3陣列CCD相機單元接收成像。其次，基於幾何光學成像原理，分析了光學系統幾何參數對視差的影響規律，建立理論視差模型，在場鏡的焦距一定時，隨著LED光源間距的增加，光學視差迅速增加；同時根據CCD相機空間位置差異和相機鏡頭對焦不一致等因素建立實際視差模型；基於數字圖像相關技術，提出一種數字式陣列高速攝像系統的亞像素平移視差修正方法。最後，高速攝像技系統與先進動態光學測試方法相結合，利用動態焦散線法研究有機玻璃（PMMA）材料在低速落錘衝擊載荷作用下斷裂特性，獲得I型、I+II複合型動態應力強度因子和裂紋擴展速度等信息；對於動態焦散線方法，視差修正前後動態應力強度因子最大偏差為0.2%；利用動態數字散斑法研究有機玻璃的動態力學行為，根據亞像素平移的視差修正方法，對有機玻璃實驗前後的兩組數字散斑圖像相對於參考圖像的視差進行修正，最終得到不同時刻的位移場。利用有限元分析軟體對衝擊過程進行模擬，修正後的水平和豎直位移場與模擬結果的最大偏差分別為5.2% 和4.2%，修正前的水平和豎直位移場與模擬結果的最大偏差分別為10.3% 和 7.7%，證明了視差修正方法對於提高陣列數字式高速攝像系統動態測試精度的有效性。 本項目對於形成具有我國自主智慧財產權的動態光測力學儀器設備，推動材料與結構動態力學行為基礎科學問題的創新性實驗研究具有重要學術意義。
