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现代力学测量技术_2013_周轶昊

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焊缝X射线检测及其结果的评判方法综述

焊缝X射线检测及其结果的评判方法综述

焊缝X射线检测及其结果的评判方法综述 周正干,　滕升华,　江　巍,　李和平 (北京航空航天大学机械工程及自动化学院,100083　北京)摘　要:分析了焊缝X射线检测方法的现状,指出了目前存在的主要问题;介绍了焊缝X射线检测结果的人工评定和计算机辅助评定方法,论述了国内外焊缝X射线检测结果计算机辅助识别的研究现状。

研究结果表明,X射线数字实时成像技术是焊缝射线检测的发展方向,焊缝射线数字图像的计算机自动分析与识别技术是射线实时成像技术成功应用的基础。

关键词:无损检测;图像处理;模式识别;焊接中图分类号:TP391.6　文献标识码:A　文章编号:0253-360X(20002)03-85-04周正干0　序 言目前,焊接已作为一种基本工艺方法,应用于航空、航天、舰船、桥梁、车辆、锅炉、电机、电子、冶金、能源、石油化工、矿山机械、起重机械、建筑及国防等各个工业部门[1]。

由于焊接过程中各种参数的影响,焊缝有时不可避免地会出现熔合不良、裂纹、气孔、夹渣、夹钨、未熔合和未焊透等缺陷。

为了保证焊接构件的产品质量,必须对其中的焊缝进行有效的无损检测和评价。

射线检测是常规无损检测的重要方法之一,是保证焊接质量的重要技术,其检测结果将作为焊缝缺陷分析和质量评定的重要判定依据[2]。

对X射线检测结果的评定方法有两种:人工评定和计算机辅助评定。

当人工评定检测结果时,评定人员的工作量大,眼睛易受强光损伤,效率较低,而且缺陷分析受评定人员的技术素质、经验以及外界条件的影响,结果往往会因人而异。

采用计算机对X射线检测结果进行分析和识别,可以大大提高工作效率,有效地克服人工评定中由于评判人员技术素质和经验差异以及外界条件的不同而引起的误判或漏判,使评判过程客观化、科学化和规范化。

1　焊缝X射线的检测方法目前,焊缝X射线检测最常用的方法是胶片照相法。

X射线胶片照相的成像质量较高,能正确提供焊缝缺陷真实情况的可靠信息,但是,它具有操作过程复杂、运行成本高、结果不易保存且查询携带不便等缺点。

211002143_大量程高性能光栅位移测量技术

211002143_大量程高性能光栅位移测量技术

大量程高性能光栅位移测量技术刘林，刘兆武，于宏柱，王玮，姜岩秀，姜珊，孙宇佳，金思宇，梁旭，巴音贺希格，李文昊*（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033）摘要：高精度光栅位移测量系统具有纳米级重复精度、环境适应性强、维度易于扩展等优点，可以满足精密制造行业对米级测量量程、亚微米级精度与多维测量能力融合的测量技术要求，在高端制造、精密仪器等领域有重要应用。

通过对测量光栅的各项参数进行研究，提升了测量光栅的尺寸与制作精度；提出高精度锥面衍射光栅位移测量、高倍细分转向干涉光栅位移测量、“品”字形拼接大量程光栅位移测量等技术，实现了数百毫米测量量程亚微米级测量精度。

从光栅制作到测量系统研制对提升精度、分辨力及量程提供了理论分析与技术验证。

关键词：光栅位移测量；锥面衍射；转向干涉；大量程拼接中图分类号：TB96 文献标识码：A 文章编号：1674-5795（2023）01-0081-10 Large range and high performance grating displacementmeasurement technologyLIU Lin, LIU Zhaowu, YU Hongzhu, WANG Wei, JIANG Yanxiu, JIANG ShanSUN Yujia, JIN Siyu, LIANG Xu, BAYANHESHIG, LI Wenhao*（Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033， China）Abstract: High-precision grating displacement measurement system has the advantages of nanometer repetition accuracy, strong environmental adaptability, and easy expansion of dimensions. It can meet the measurement requirements of the precision manufacturing industry for the integration of meter-level measurement range, submicron-level accuracy and multi-dimensional measurement capability. It has important applications in high-end manufacturing, precision instruments and other fields. By study‑ing the parameters of the measuring grating, the size and manufacturing accuracy of the measuring grating are improved. High-precision conical diffraction grating displacement measurement, high power subdividing steering interferometric grating displace‑ment measurement, 品-shaped splicing large range grating displacement measurement and other technologies are proposed to achieve sub-micron measurement accuracy in hundreds of millimeter measurement range. From grating fabrication to measurement system development, theoretical analysis and technical verification are provided for improving measurement accuracy, resolution and range.Key words: gating displacement measurement; conical diffraction; steering interference; large range splicingdoi：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.07收稿日期：2023-01-09；修回日期：2023-01-25基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（C类）（XDC04030100）；国家自然科学基金项目（U21A20509）引用格式：刘林，刘兆武，于宏柱，等.大量程高性能光栅位移测量技术［J］.计测技术，2023，43（1）：81-90.Citation：LIU L， LIU Z W， YU H Z， et al. Large range and high performance grating displacement measure‑ment technology［J］. Metrology and measurement technology， 2023， 43（1）：81-90.0　引言超精密测量技术是现代加工及制造领域的基础，其量程和精度决定着制造的尺寸和精度［1-4］。

现代力学测试技术

现代力学测试技术

动态力学测试技术
用于研究材料在动态载荷作用下的力学性能，如冲击、疲 劳等试验。在航空航天、汽车、军事等领域有重要应用。
断裂力学测试技术
主要研究材料在裂纹扩展过程中的力学性能，如断裂韧性 、裂纹扩展速率等。在结构安全评估、材料耐久性等方面 有重要意义。
无损检测技术
在不破坏被检测对象的前提下，利用声、光、磁等物理现 象对材料或构件进行内部缺陷或性能变化的检测。广泛应 用于航空航天、石油化工等领域。
磁结构分析
中子具有磁矩，可用于研究材料的磁结构和磁畴行为。
电子显微镜观察
01
透射电子显微镜（TEM）
利用高能电子束穿透样品，通过电磁透镜成像，观察材料的微观形貌、
晶体结构和缺陷。
02
扫描电子显微镜（SEM）
用电子束扫描样品表面，通过检测样品发射的次级电子等信号，获取表
面形貌和成分信息。
03
原位力学测试
有限元法在复杂结构力学测试中的应用
针对复杂结构如复合材料、多孔材料等，有限元法可建立精细化的模型，准确预测其力学 行为。
离散元法
离散元法基本原理
将连续体离散为一系列刚性元素的集合，元素之间通过接触力相互作用，通过求解元素运动方程 得到整体结构的力学响应。
离散元法在破碎、磨损等问题中的应用
针对涉及大变形、破碎和磨损等问题的力学测试，离散元法可有效模拟元素间的相互作用和破坏 过程。
金属、非金属、复合材料等材料的抗疲劳性能测 试，如桥梁、建筑、机械零部件等。
振动试验
振动试验原理
通过施加振动载荷，模拟实际使用中的振动环境，测试材料的抗 振性能。
振动试验设备
电磁振动台、液压振动台等。
振动试验应用
电子电器产品、航空航天产品、轨道交通产品等的抗振性能测试。

现代检测理论与技术教学大纲

现代检测理论与技术教学大纲

实验设备的选择与使用
实验设备的选择
根据实验需求和目标，选择合适的实验设备，确保实验结果的准 确性和可靠性。
实验设备的操作
掌握实验设备的操作流程和注意事项，正确使用设备进行实验。
实验设备的维护
定期对实验设备进行维护和保养，保证设备的正常运行和使用寿 命。
实验方案的设计与实施
1 2
实验目的与要求
明确实验目的和要求，确保实验方案的设计符合 实验目标。
利用语音信号处理算法， 对语音信号进行识别和 分析，提取出所需的信
息。
声学成像技术
利用声波的传播特性， 对物体进行声学成像， 显示出物体的内部结构
和形态。
电学检测技术
电感检测技术
利用电感的物理特性，对物体的位置、位移 和角度等进行测量和检测。
电阻抗谱技术
利用电阻抗谱的原理，对材料的物理和化学 性质进行测量和评估。
结果解释与报告
根据分析结果，解释实验结果的意义，撰写完整的实验报告。
07 课程总结与展望
本课程的主要内容总结
信号处理基础
介绍信号的基本概念、信号的分类、 信号的运算以及信号的频域分析等。
02
检测原理
讲解各种物理量检测的原理，如位移、 速度、加速度、力、压力等。
01
现代检测技术
介绍新型检测技术，如超声检测、射 线检测、涡流检测、红外检测等。
电容检测技术
利用电容的物理特性，对物体的湿度、压力 和液位等进行测量和检测。
电磁感应技术
利用电磁感应原理，对物体的磁特性和电特 性进行测量和检测。
其他检测技术
01
02
03
化学分析技术
利用化学分析方法，对物 质的成分、结构和性质等 进行测量和评估。

大学生解决物理问题时的认知诊断——以牛顿力学为例

大学生解决物理问题时的认知诊断——以牛顿力学为例
势．ＦＣＩ反映的属性是在大量测试分析的基础上建
是Ｈｅｓｔｅｎｅｓ等开发的一套用于评估学生对牛顿力 学概念掌握情况的测试卷［２］，这套试卷经过多轮的 实践检验，具有一定的效度和信度，已经在美国成为 考察学生牛顿物理学学习情况的一个通用测试
卷［３］，并且也已经扩展到我国［４ ｕ５］．本试卷中大都为
看似简单的牛顿力学基本概念问题，被测试者为经 历了中考、高考进入大学的一年级学生．然而，对于 看似简单的力学问题，通过测试发现学生仍然有各 种各样的认知错误．通过测试评估学生应用牛顿力 学概念解决物理问题的能力，进而诊断学生的认知 错误，是发现物理学习中存在问题的途径． 本文以测试牛顿力学的ＦＣＩ试卷为例，应用认 知诊断理论中的Ｑ矩阵方法［６＿７］，建立ＦＣＩ试卷的 Ｑ矩阵．应用统计软件对样本的成绩及属性进行统 计分析，并根据分析结果对学生进行认知诊断，帮助 被测试者了解自己对牛顿力学各个概念属性的掌握 情况，诊断个人认知错误．这些信息反馈可以帮助教
收稿日期：２０１４—０５—１９ 基金项目：宁夏高等学校科学研究项目（ＮＧＹ２０１３０４４）
立起来的，能科学反映学生学习力学时的认知错误．
ＦＣＩ考核的知识属性有１１个，见表１．
作者简介：张轶炳（１９６４一），女，教授，硕士，主要从事物理教学研究．
万方数据
第１期
表１ 属性序号 Ａ
张轶炳等：大学生解决物理问题时的认知诊断——以牛顿力学为例
大学生解决物理问题时的认知诊断以牛顿力学为例953测试结果分析31对每个学生的认知诊断记录学生的原始答题选项统计每个题目的得分总分及认知属性得分可以让学生诊断自己的学习情况及知识属性的薄弱点及时采取有效措施进行强化
第３６卷第１期
ＶｏＩ．３６ Ｎｏ．１
宁夏大学学报（自然科学版）

材料现代分析与测试技术 教学大纲

材料现代分析与测试技术 教学大纲

材料现代分析与测试技术课程教学大纲一、课程性质、教学目的及教学任务1.课程性质本课程是材料类专业的专业基础课，必修课程。

2.教学目的学习有关材料组成、结构、形貌状态等分析测试的基本理论和技术，为后续专业课学习及将来材料研究工作打基础。

3.教学任务课程任务包括基本分析测试技术模块——X射线衍射分析、电子显微分析、热分析；扩充分析测试技术模块——振动光谱分析和光电子能谱分析。

在各模块中相应引入新发展的分析测试技术：X射线衍射分析X射线衍射图谱计算机分析处理；电子显微分析引入扫描探针显微分析（扫描隧道显微镜、原子力显微镜）；热分析引入DSC分析。

二、教学内容的结构、模块绪论了解材料现代分析与测试技术在无机非金属材料中的应用、发展趋势，明确本课程学习的目的和要求。

1. 本课程学习内容2. 本课程在无机非金属材料中的应用3. 本课程的要求（一）X射线衍射分析理解掌握特征X射线、X射线与物质的相互作用、布拉格方程等X射线衍射分析的基本理论，掌握X射线衍射图谱的分析处理和物相分析方法，掌握X射线衍射分析在无机非金属材料中的应用，了解X射线衍射研究晶体的方法和X射线衍射仪的结构，了解晶胞参数测定方法。

1. X射线物理基础（1）X射线的性质（2）X射线的获得（3）特征X射线和单色X射线2. X射线与物质的相互作用3. X射线衍射几何条件4. X射线衍射研究晶体的方法（1）X射线衍射研究晶体的方法（2）粉末衍射仪的构造及衍射几何5. X射线衍射数据基本处理6. X射线衍射分析应用（1）物相分析（2）X射线衍射分析技术在测定晶粒大小方面的应用（二）电子显微分析理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论，掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点，掌握用各种衬度理论解释电子显微像，掌握电子显微分析样品的制备方法，了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。

1. 电子光学基础（1）电子的波长和波性（2）电子在电磁场中的运动和电磁透镜（3）电磁透镜的像差和理论分辨率（4）电磁透镜的场深和焦深2. 电子与固体物质的相互作用（1）电子散射、内层电子激发后的驰豫过程、自由载流子（2）各种电子信号（3）相互作用体积与信号产生的深度和广度3. 透射电子显微分析（1）透射电子显微镜（2）透射电镜样品制备（3）电子衍射（4）透射电子显微像及衬度（5）透射电子显微分析的应用4. 扫描电子显微分析（1）扫描电子显微镜（2）扫描电镜图像及衬度（3）扫描电镜样品制备5. 电子探针X射线显微分析（1）电子探针仪的构造和工作原理（2）X射线谱仪的类型及比较（3）电子探针分析方法及其应用6. 扫描探针显微分析（1）扫描隧道显微镜（2）原子力显微镜（三）热分析理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。

现代材料分析测试的方法

郑州航空工业管理学院机电工程学院课程名称：现代材料分析方法授课专业：材料成型及控制讲授人：张新房二零一零年七月《现代材料分析方法》课程基本信息课程名称：现代材料分析方法学时学分：32课时，周2学时，2学分预修课程：高等数学、大学物理、无机分析化学、有机化学、物理化学材料科学基础等使用教材：张锐著. 现代材料分析方法. 化学工业出版社.2007教学参考书：1. 周玉主编. 材料分析测试技术. 哈尔滨工业大学出版社， 20032. 来新民主编. 质量检测与控制. 高等教育出版社， 20053. 左演声主编. 材料现代分析方法. 北京工业大学出版社， 20004.杨南如主编. 无机非金属材料测试方法.武汉工业大学出版社， 20005.常铁军主编. 材料近代分析测试方法. 哈尔滨工业大学出版社， 19996. 周玉等. 材料分析测试技术—材料X射线衍射与电子显微分析. 哈尔滨工业大学出版社，1998自学辅导参考网址：1．/eduonline/cl/index.asp2．/index?3．/clfxycs/sshd.asp?pageclass=1094．/?action_mygroup_gid_109_op_list_type_digest5．教学方法：课堂讲授，启发式教学；实验教学；辅以动画、录像。

教学手段：传统教学为主，结合多媒体教学考核方式：平时成绩15% （出勤、听课、作业完成、课堂回答问题等）+实验成绩15% + 闭卷考试成绩70%其他要求：严格考勤，注重学生课堂表现及课堂参与情况，课下作业《材料现代分析方法》是一门介绍X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和有机波谱分析等现代研究材料晶体结构、微观组织、化学组成与性能间关系的课程，它是材料科学与工程专业本科生的专业基础课程，也可作为相关专业本科生、研究生的选修课。

这门课程包括晶体学、X射线衍射分析、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针显微分析、能谱分析和有机波谱分析仪器的构造和工作原理。

工程管理专业专业课程组建设情况表(部分)

赵利副教授
乔志春副教授
倪国栋讲师
17
023107
隧道工程
2
32
专业方向课
结构力学A（1）（2）、岩石力学、土力学、爆破工程
隧道的勘测设计，结构设计以及隧道施工的相关知识，并着重于隧道的结构设计计算和施工技术
刘志强教授
李元海副教授
商翔宇讲师
18
025006
土木工程结构鉴定、改造与加固
2
32
专业方向课
工程力学A（1）（2）、土木工程材料、结构力学A（1）、结构设计原理
殷祥超教授
巫静波副教授严圣平副教授
8
022201
结构力学A（1）
5
80
专业主干课
专业导论、工程力学A（1）（2）、大学物理A（1）（2）
杆件结构的组成规律和合理形式以及结构在外因(荷载、变温、支座移动等)作用下的强度、刚度的计算原理和计算方法，静定、超静定杆件结构内力的分析方法，静定和超静定杆件结构在移动荷载作用下的内力和位移变化规律等
吕恒林教授
鲁彩凤副教授周淑春副教授姬永生副教授
9
022102
土力学
2
32
专业主干课
工程力学A（1）（2）、弹性力学、工程地质与水文地质
土结构性质、物理性质、力学性质、水理性质的基本概念、土的工程分类标准和特殊土的基本特性，土的压缩性、土中应力、地基沉降的基本概念、基本理论和计算方法，击实原理和液化原理，水在土中的渗透规律，有效应力原理等
夏军武教授龙帮云副教授范力讲师 Nhomakorabea16
022032
建筑施工
3
48
专业方向课
土木工程材料、房屋建筑学与城市规划导论、结构设计原理

现代测试技术课程教学大纲

《现代测试技术》课程简介课程内容：现代测试技术是一门用以培养学生材料结构分析与测试技能的专业选修课.通过学习使学生掌握X射线衍射和电子显微技术的基础理论,试验方法及基本技能;掌握X射线衍射仪,透射电镜,扫描电镜和电子探针等现代测试设备的结构及其在材料分析测试技术中的原理及试验方法.应用X射线衍射方法进行晶体结构的测定,物相分析,宏观应力测定；掌握透射电镜的复型和薄膜制备技术及电子衍射的原理,应用电子衍射对材料进行微关组织结构的分析,应用扫描电镜和电子探针对材料进行表面形貌和微观结构及成分进行分析. 以培养学生使用分析测试方法为材料科学研究服务.本课程主要内容包括：X射线衍射学，透射电子显微学，扫描电子显微镜，电子探针，光谱分析等.Brief IntroductionCourse Description:Modern Techniques of Measurement is one of elective course to train pupils techniques of material structure analyzing and testing.Through learning students can understand the modern testing equipment, theory and method such as X-ray diffractometer, transmission electron microscopy, scanning election microscopy and electron probe. Crystal structure can be tested, contents can be analyzed and macro-stress can be measured by using X-ray diffraction. Surface morphology, microstructures and component of materials can be measured by using scanning election microscopy and election probe.The main sections of this course: X-ray diffraction, transmission election microscopy, scanning electron microscopy, electron probe, spectral analysis.一、教学内容第一章X射线的性质1.1 X射线的本质1.2 X射线谱1.3 X射线与物质相互作用教学重点：掌握X射线谱产生的机理.教学难点：X射线的吸收，相干散射和非相干散射.第二章X射线运动学衍射理论2.1 X射线衍射方向2.2 布拉格方程的讨论2.3 倒易点阵2.4 X射线衍射强度教学重点：掌握布拉格方程成立条件，掌握倒易空间中的爱瓦尔德图解.教学难点：X射线衍射强度与结构因子的关系，以及结构因子的定义.第三章多晶体X射线衍射分析方法3.1 粉末照相法3.2 X射线衍射仪教学重点：理解德拜照相法，掌握衍射仪的测量方法.教学难点：X射线衍射峰位的指标化.第四章X射线衍射方法的实际应用4.1 点阵常数测量4.2 物相分析4.3 宏观应力测定教学重点：掌握X射线衍射仪的点阵常数的精确测定，掌握物相定量分析方法，理解X射线应力测定原理.教学难点：X射线应力测定实验精度的保证及测试原理的适用条件.第五章透射电子显微分析5.1 透射电镜的结构及应用5.2 电子衍射5.3 金属薄膜的透射电子显微分析教学重点：掌握透射电镜成像原理，了解透射电镜的结构.教学难点：透射电镜衍射花样的标定.第六章扫描电子显微分析6.1 扫描电镜工作原理,构造和性能6.2 扫描电镜在材料研究中的应用6.3 波谱仪结构及工作原理6.4 能谱仪结构及工作原理6.5 电子探针分析方法及微区成分分析技术教学重点：掌握扫描电镜成像原理，掌握扫描电镜在材料研究中的应用，了解扫描电镜的结构.教学难点：扫描电镜能谱线分析.第七章表面成分分析7.1 俄歇电子能谱7.2 原子探针显微分析教学重点：掌握俄歇电子能谱在材料研究中的应用.教学难点：纳米级表面成分定量分析.第八章电子显微技术的新进展及试验方法选择8.1 电子显微术的新进展8.2 现代显微分析方法选择第九章高分子材料分析技术和红外与拉曼光谱简介9.1 高分子材料分析技术9.2 红外与拉曼光谱二、教学基本要求第一章X射线的性质教学要求：掌握X射线的本质；熟悉X射线的产生装置；掌握X射线谱产生的实质;了解X射线谱的实验规律；了解X射线与物质的相互作用；掌握吸收限的应用.第二章X射线运动学衍射理论教学要求：了解X射线的衍射方向,掌握布拉格衍射定律；了解衍射与反射的本质区别;理解倒易点阵在X射线衍射中的应用；掌握X射线衍射强度的含义.第三章多晶体X射线衍射分析方法教学要求：掌握X射线衍射方法；理解粉末照相法和X射线衍射仪的原理和结构;掌握初步操作设备仪器的能力.第四章X射线衍射方法的实际应用教学要求：掌握多晶体的物相分析原理；掌握PDF卡片的内容及含义；掌握物相定性分析方法；了解物相定量分析方法；注意实际分析时的难点及注意事项；了解三类应力的实质；掌握X射线应力测定的基本原理；并根据基本原理了解试验方法；明确试验精度的保证及测试原理的使用条件.第五章透射电子显微分析教学要求：了解透射电镜的结构及应用；掌握透射电镜成像原理；掌握透射电镜的复型技术和方法；简单了解电子衍射方法；能够进行薄膜样品制备；熟悉透射电镜分析方法.第六章扫描电子显微分析教学要求：了解扫描电镜的结构及应用；掌握扫描电镜成像原理；熟练掌握扫描电镜的主要性能；样品制备方法；熟悉扫描电镜分析方法；可举例说明扫描电镜在材料研究中的应用；掌握扫描电镜断口分析；熟悉波谱仪和能谱仪工作原理及应用条件；掌握电子探针分析方法及微区成分分析技术。

通“材”达识，精业报国

通“材”达识，精业报国作者：龚一卓崔可嘉来源：《陕西教育·高教版》2023年第11期西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心（Center for Advancing Materials Performance from the Nanoscale，CAMP-Nano）以材料科学与工程一级国家重点学科和金属材料强度国家重点实验室为依托，以微纳尺度材料的结构与性能为主要研究方向，旨在系统定量地构筑起微纳尺度材料的知识理论体系，为其工业化应用奠定坚实的理论根基和方法指导；同时面向国家重大需求，培养基础扎实、素质全面、具备独立科研与创新能力的国际通用人才。

2009年，微纳尺度材料行为研究中心在时任院长孙军教授（2021年当选中国科学院院士）的鼎立支持下正式成立，由美国约翰·霍普金斯大学教授马恩博士担任主任，时任美国海思创纳米力学仪器制造公司应用研究中心主任单智伟博士（现任西安交通大学校长助理、材料学院院长，2021年国际镁协年度人物）担任执行主任，聘请美国麻省理工学院李巨教授为学术委员会主任，共同推进微纳尺度材料知识理论体系建設。

微纳尺度是连接宏观连续介质力学和量子力学的桥梁，也是材料各种性能发生剧烈变化的尺度区间，中心的建立为抢占这一材料学科的世界学术高地争得了先机。

中心先后从美国加州大学伯克利分校、麻省理工学院、德国亚琛工业大学等国际顶尖高校研究所引进十余位高层次青年学者与外籍博士后，率先在校内成立师生联合党支部，首创“夏令营”学生招募模式。

中心秉承先进的理念，建成了一流的平台，打造了一支国际一流的研发队伍，产出了一批成果，培养了一批人才，并因此获批教育部首批“全国高校黄大年式教师团队”。

师德师风：厚德载物心有大我团队现有17位骨干教师，9名技术人员（博士3名，硕士6名）和2名行政人员，在读研究生102人（博士生48人，硕士生54人）。

中心还聘请了4名荣誉教授和来自匹兹堡大学、阿普杜拉国王科技大学、日立高科技公司等的客座教授、兼职教授10余名（均为本领域的著名专家）。

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X x1 Y =M λ1 y 1 1 Z 1 1
X x2 Y =M λ2 y 2 2 Z 1 1
• 几何标定，求解投影矩阵
相机投影矩阵（大小3 × 4）
• 几何标定
• 现场测试（NASA Glenn Research Center & GOM）
Schmidt et al. (2005) International Congress on High-Speed Photography and Photonics
2D-DIC 基本原理
• 图像匹配
参考图灰度 目标图度
• 相关函数，描述局部图像相似度
* * = − ( , ) ( , ) CSSD ∑ F x y G x y Ω 2
CPSSD
* * = ∑ − ( , ) ( ( , ) + b) F x y aG x y Ω
2
CZNCC = 1 −
∑ (
Ω Ω
F ( x, y ) − F G ( x * , y * ) − G
如何消除错误匹配对拟合结果的影响？
• 随机抽样一致（RANSAC）
• 核心思想：正确的参数能够解释大部分匹配结果
Zhou et al. (2012). Applied Optics. 51(31): 7674-7683.
基于关联函数的参数传递
• 得到相邻两点参数的关系表达式
• 一阶形状函数
0 u = u 0 + ux ∆x + u 0 y ∆y
2
)
• 局部运动
• 基于变分方法的位移场直接求解
= E (u , v) Edata (u, v) + Esmooth (u, v)
• 自适应局部区域
• 基于迭代优化的DIC算法（1989, Bruck et al.）
• 非凸，非线性相关函数
CZNCC = 1 −
∑ ( F ( x, y) − F )( G( x , y ) − G ) ∑ ( F ( x, y ) − F ) ∑ ( G ( x , y ) − G )
2 * * Ω
)(
)
2
∑ ( F ( x, y ) − F ) ∑ ( G ( x , y ) − G )
CZNSSD
F ( x, y ) − F ∑ Ω F ( x, y ) − F ∑Ω
(
) ∑(
2 Ω
−
G ( x* , y * ) − G
2 * * G( x , y ) − G
• 离散的坐标：
• 1980年代计算机视觉的发展
• 在数字图像中跟踪物体 • 1981, Horn & Schunck, 光流 • 1981, Lucas & Kanade, 图像配准
Horn & Schunck (1981) “Determining optical flow." Artificial Intelligence.
• 图像跟踪
• 图像位移 （单位：像素）
• 力学测量
• 空间位移 （单位：mm） • 应变
二维DIC
• 小孔成像模型
Forsyth, D. A., and Ponce, J. "Computer vision: a modern approach." Prentice Hall (2003).
• 坐标投影变换
• 局部运动一致性
1 1 1 1 1 F ( x1 , y ) G ( x , y ) + Gx u + G y v = F ( xM , y M M M M M ) ( , ) = + + G x y G u G x y v
Gx1 Gx M
G y u F 1 − G1 = M M Gy M v − F G
数字图像相关方法的原理及应用
周轶昊, 陈巨兵 上海交通大学工程力学系 2013年10月15日
• 产生背景 • 基本原理 • 实例演示
产生背景
• 1980年代数字图像的发展
x ∈ {1, 2,3, , W }, y ∈ {1, 2,3, , H } N I ( x , y ) ∈ {0,1, 2,3, , 2 − 1} • 离散的灰度值：
f = x X Z y= f Y Z
f ∆ = ∆X x Z ⇒ ∆y = f ∆Y Z
∆x ∆X = = ε xx X x ⇒ y ∆Y ∆ = = ε yy Y y
• 图像配准
• 依赖局部图案的唯一性
• 散斑图案
x
f '( x) = 0
t
f '( x ) x = x − t f ''( x )
t +1 t
x = x − ( ∇∇f ( x ) ) ∇f ( x )
t +1 t t −1 t
• Gauss-Newton
F ( x) = ∑ fi 2 ( x)
i =1 M
1 xt += x t − H −1g
* * Ω 2 * * Ω Ω
2
• 数值方法求解最优变形参数
= p* arg min C (p, Ω)
p
相关函数 变形参数
• 迭代优化
• Newton-Raphson
f ( x) = 0
f (x ) x = x − t f '( x )
t +1 t
t
• 迭代优化
• Newton-Raphson
arg min f ( x)
• 亚像素位置的灰度插值
• 双线性插值 • 双三次插值 • B-样条插值
Wikipedia,
3D-DIC 基本原理
• 立体视觉
• 单相机无法求解三维坐标
Wikipedia,
• 同一三维点 (������,������,������) 在两个相机中的投影位置
g = ∇F
H = ∇∇F
g j = 2∑
i =1
M
M
∂fi fi ∂x j
M ∂fi ∂fi ∂ 2 fi ∂fi ∂fi 2 H j ,k= 2∑ + fi ≈ ∑ ∂ ∂ ∂ ∂ x x x x i 1= i 1 ∂x j ∂xk j k j k
x = x − (J f J f
1
• 1981，Horn，光流公式
仅位移？
亮度一致？
Gx1 Gx M
G y u F 1 − G1 = M M M Gy v − F G
1
局部运动一致？
• 形状函数，描述局部变形
基于特征点匹配的种子点获取
• 图像特征点匹配的优点
• 自动化 • 对图像平移、旋转、缩放、视角变化、亮度变化具有 良好的稳定性 • 在散斑图上匹配数量多、正确率高
• 种子点参数，可由其周围匹配特征点拟合获得
Zhou et al. (2012). Applied Optics. 51(31): 7674-7683.
t +1 t T
)
−1
Jff
• 图像配准算法
• 参数的初始化精度，决定优化收敛位置与速度
Pan et al. (2009). Measurement Science and Technology. 20(6): 062001.
• 种子点 + 参数传递（2009，潘兵）
• 变形参数缓变假设 • 当前点的参数作为相邻点参数的初始估计
• 示例
3D-DIC
• 考虑离面位移
• 立体视觉
Wikipedia,
• 双相机进行三维变形测量(1993, Luo et a.)
Zhou, Y., & Chen, Y. Q. (2012). Optics and Lasers in Engineering. 51, 213-223.
0 u = u x x 0 u = u y y
• 二阶形状函数
0 2 0 2 1 0 1 0 u = u 0 + ux ∆x + u 0 ∆ y + u ∆ x + u ∆ x ∆ y + u ∆ y y xy 2 xx 2 yy
0 0 0 u = u + u ∆ x + u x xx xy ∆y x 0 0 0 u = u + u ∆ x + u y xy yy ∆y y
实际应用
© Trillion Quality Systems
© Correlated Solutions Inc.
• 2003年，泡沫材料撞击哥伦比亚号左翼造成灾难
• 验证试验，泡沫材料撞击增强碳-碳复合材料
采集速率：26,900 fps 图像分辨率：256*256
Schmidt et al. (2005) International Congress on High-Speed Photography and Photonics
• 扩展阅读
• Sutton, M. A., Orteu, J. J., & Schreier, H. (2009). Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. Springer • Pan, B., Qian, K., Xie, H., & Asundi, A. (2009). Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: a review. Measurement science and technology, 20(6), 062001.