数字散斑相关技术在工程测量中的应用

1、苏州大学本科生毕业设计（论文）目录中文摘要 （2）英文摘要 （2）第一章 引言 （4）第二章 数字散斑相关方面的研究 （5）第2.1节 数字散斑相关的基本原理 （5）第2.1.1节 表征物体的面内位移 （6）第2.2节 散斑图像的采集系统 （7）第2.3节 相关方法的误差来源及消除措施 （8）第2.3.1节 系统误差的分析 （8）第2.3.2节 图像随机噪声产生的误差 （8）第三章 材料力学基本计算 （9）第3.1节 拉伸与压缩 （9）第3.2节 胡克定律 （10）第3.3节 弯曲变形 （11）第四章 实验研究 （12）第4.1节 单缝宽度的测量 （12）第4.2节 金属丝直径的测量 （14）

2、第4.3节 光栅衍射 （15）第4.4节 不同溶液中超声波传播速度的测量 （18）第4.5节 悬臂梁弯曲挠度测试 （22）总结 （26）参考文献 （27）数字散斑相关技术在工程测量中的应用摘要数字散斑相关方法(DSCM) ，是起源于20世纪80年代初的一种光学测量方法。研究该方法的要义在于，它具备目前其它传统光测方法所缺乏的应用于工程测量的诸多有利条件，如可以用白光光源，光路简单，无需隔振，测量范围大等等。但是目前的DSCM方法在位移、应变测量精度以及数据处理速度上还存在许多不足，在一些工程测量应用中受到限制，如受噪声影响，算法本身的局限性，位移测量精度不高，从而导致应变测量精度低等;另外，大

3、部分的科研人员选择MATLAB或面向过程语言Fortran、C等编写相关计算程序，并且由于没有足够的软件开发经验，因此所开发出的程序可读性差、难以移植、难以维护和扩展，使得他们的成果不能很好的被重复利用。本文对DSCM中的一些关键技术做了研究，并以Visua1 C+.NET 作为开发工具，用面向对象语言C+开发了相关计算程序，以及用于管理运作这些类的程序框架。本文并使用了一种新型半导体光电器件CCD（Charge Couple Device）和PC机实现的图像采集处理系统。关键词:数字散斑相关方法、C+、工程测量、光学测量、CCDAbstract Digital speckle correla

4、tion method (DSCM), which was developed in the 80s of last century, is an optical measuring technique. The important meaning of DSCM research is that it possesses many advantages, such as white light source, simple optical arrangements, big measuring range and no requirement of vibration isolation,

5、of which other traditional optical measuring methods are lack. Unfortunately, the existing DSCM is not so perfect to be used in engineering measurement not only on precison but on precessing speed. For example, the displacement and strain measurement accuracy is low due to the influence of noise or

6、the imperfection of the algorithm and the deformation rule and phenomena cannot be displayed. In addition, most researchers use MATLAB or Object-Process language, such as Fortran and C, to programme DSCM. Because most of them are lack of the practical computer experience, those softwares compiled by

7、 them are hard to learn, maintain and extend. Due to these causes, their productions are not used by other researchers effectively, which cause a lot of waste of time and efforts. In this paper, some key techniques for DSCM are studied, and a new DSCM software measurement system is developed, which

8、copiled with Visual C+. NET and ANSI C+. The software covers a lot of class libraries. This paper also use an image gathering and processing system by using a new type of semiconductor photoelectric device-CCD and PC.第1章 引言数字散斑相关方法提出至今20多年来，已经在测试技术领域取得了成功的应用，显示了巨大的潜力.目前，它的位移测量的灵敏度己达0.010.05pixels。值得

9、注意的是，随着扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道电子显微镜(STEM)、以及原子力显微镜(AFM)的广泛应用，DSCM被大量应用于细观力学的测量。从未来的发展上看，数字散斑相关技术必然会随着计算机技术和图像采集技术的提高而获得更广泛的应用，发挥更重要的作用。 对于数字散斑相关方法的研究具有重要的理论和实际意义。首先，该方法具有许多独特的优势，可以弥补当前变形测量方法的一些不足；其次，随着图像采集设备的发展，该方法可将测量手段应用于新的领域。目前，数字散斑相关方法己经发展成为实验力学中的一种重要的测量方法，并且在力学研究的许多方面进行了成功的应用。近些年来，随着计算机硬件和软件技术的飞速发展，以

10、及一些更为有效的算法的提出，使其突破了数据处理速度的瓶颈，获得了更广泛的应用。数字散斑相关方法虽然具有很多优点，但由于种种原因，在测量精度及数据处理速度上仍然不能满足一些力学测量要求。另外，很多的数字相关计算程序也只停留在实验室的研究阶段，由于大多数科研人员没有足够的软件开发经验，因此所开发出的程序可读性差、难以维护和扩展，也不可以移植，使得他们成果不能很好的被重复利用，造成很大的浪费；而且，程序中Bug太多，也没有太多考虑友好性问题。本论文研究的目的，首先是进一步完善及发展数字散斑相关新方法，从而提高它的计算精度与数据处理速度;其次是设计、开发出一套强大、灵活、易于理解、易于维护和扩展、并且

11、可移植的软件，此软件架构主要用于数字散斑相关程序的开发。第2章 数字散斑相关方面的研究 2.1数字散斑相关的基本原理 我们可以用弹性力学的有关概念来说明数字散斑相关方法的基本原理:弹性体在承受弹性极限以内的载荷时，产生的变形是弹性变形，即可恢复变形，假如不知道外载的大小，可以通过反向加载（卸载)使物体恢复到原来的自然状态来确定外载的大小，也就是说，物体承受的外载大小等于使物体恢复到自然状态所需的反向加载(卸载)值。数字散斑相关方法的基本思想与上述设想相似，所不同的是上面所说的物体变形被物体的散斑位移场代替，反向加载变为对散斑场作的仿射变换，而判断物体变形后的散斑场经仿射变换恢复到变形前对应的散

12、斑场的相似程度的指标就是散斑场之间的相关性。在仿射变换中，引入试凑位移，使物体变形前的散斑场与变形后的散斑场(经仿射变换)的相关性与散斑位移场联系起来，相关性成为散斑位移函数的一个泛函，而物体的变形量可从散斑位移导出。这样，物体变形的测量变为散斑相关值对试凑散斑位移的数字迭代过程，力学测量问题转化为单纯的数值计算问题，因而可以直接利用电子计算机来进行相关迭代的计算，使力学测量与力学计算在图像相关的基础上得到统一。图2.1在数字散斑相关实验中， 需要采集物体变形前后的两幅灰度图像，本章中分别将这两幅图像表示为f(x，y)和9(x，y)，如图2.1所示，数字散斑相关计算的基本思想就是在变形前的图像

13、f(x，y)中选取一个子区(一般为矩形)，利用子区中的灰度信息，在变形后的图像g(x，y)中寻找其所对应当的位置从而得到子区位置和形状的变化，在这些变化中，直接反映了物体在这一点上的位移和应变的数值。2.1.1表征物体的面内位移图2.2如图 2 .2 所示，以P(x0,y0)为中心的子区在变形后移动到P*(x0*,y0*)附近的位置，移动的位移在x方向和y方向分别为u0,v0，即:x0*=x0+u0y0*=y0+v0 (2.1.1)设Q(xQ,yQ)为子区中任一点，Q点与中心点P的位置关系有:xQ=x0+xyQ=y0+y (2.1.2)其中x,y为Q点到P点在x方向和y方向上的距离。若子区变形

14、后移动到Q*(xQ*,yQ*)，则有:xQ*=xQ+uQyQ*=yQ+vQ (2.1.3)其中uQ,vQ是Q(xQ,yQ)点的位移。由连续介质力学原理可知，Q(xQ,yQ)点的位移可用它临近点P(x0，y0)的位移及其增量表示:uQ=u0+u0x×x+u0y×yvQ=v0+v0x×x+v0y×y (2.1.4)将式(2.1.2)和式(2.1.4)带入式(2.1.3)得:xQ*=xQ+u0+u0x×x+u0y×yyQ*=yQ+v0+v0x×x+v0y×y (2.1.5)由于Q点是子区内任一点，如果用(x，y)和(x*

15、,y*)表示子区变形前的任意一点及其对应的变形后的点，用 u, v, ux, uy, vx, vy 表示子区中心点的位移和导数，则（2.1.5）式可变为：x*=x+u+ux×x+uy×yy*=y+v+vx×x+vy×y (2.1.6)由式(2.1.6)可知，子区的位移和变形可以用中心点的位移u、v和它们四个导数派生量ux， uy， vx， vy 来表示。换句话说，子区中心点的位移和四个导数项完全可以描述子区的变形，我们作泰勒展开的目的就是希望用少数的变量就可以描述子区的变形和应变，以达到计算的目的。2.2 散斑图像的采集系统数字散斑相关相关方法是利用变形

16、前后图像上的散斑灰度特征，在变形前后图像上建立对应关系，然后根据此对应关系寻找变形后图像上点的位移值。变形前图像又成为源图像或参考图像；变形后图像又称为目标图像。在相关计算中，散斑图对于计算精度有着很大的影响。散斑图的形成主要有以下三种：1. 激光照射在物体表面漫反射后干涉形成的激光散斑图；2. 使用人工喷斑在物体表面涂覆形成的人工散斑图；3. 直接利用物体表面的自然纹理作为散斑图。本文对数字散斑相关实验的数据处理过程如下：1. 利用CCD摄像机或其他图像采集设备采集变形前后的两幅图像（每幅图像为连续采集30帧图像平均的结果），通过采集卡输入到计算机中；2. 进行必要的图像格式转换，设定计算区

17、域、子区大小等参数；3. 进行粗搜索计算，计算出像素点的位移至整像素值；4. 用搜索算法，进行迭代计算。5. 根据需要计算应变场或其他参数。2.3 相关方法的误差来源及消除措施1. 来自于相关运算算法本身的系统误差，如假设子区中的变形为常应变、亚像素重建等引起的误差；2. 由于实验设备及环境的影响，在采集图像过程中引起的误差，这种误差可以认为是随机误差；3. 图像的质量造成的误差。2.3.1系统误差的分析 由于CCD图像技术获得的灰度信息仅是在离散的整数像素位置的灰度值，因此灰度分布函数都是离散函数。而计算时常需要小数像素位置的灰度信息，为了获得亚像素级的位移精度，就必须进行亚像素插值重建。常

18、用的差值方法有双线性插值和二元三次样条插值。2.3.2 图像随机噪声产生的误差1. 图像采集系统产生随机噪音引入的误差，它是引起数字散斑相关方法精度问题的重要原因。 图像采集系统主要包括光学成像系统、CCD和图像卡。光学成像系统将I0(x0)转换成CCD靶面的强度像，CCD再将其抽样成模拟电信号，图像卡将电信号量化成256个灰度级的数字图。I(xi)为实际数字化像函数，而这个函数与CCD面阵像元的大小和像元的误差有关。像元线度p和像元误差越大，则系统成像的高频信息被衰减的越厉害，分辨率越差，即散斑的数字图像比真实散斑的宽带会加大，且散斑的灰度曲线变得平缓，相关测量精度变差。像元线度p越小，其高

19、频信号越丰富，相关计算精度越高。另外，由于CCD的噪声直接影响相关测量精度。因此应选择像元线度小的低噪声的CCD。2. 环境干扰引入的误差 虽然与传统光学测量方法相比，数字相关方法对环境的要求低的多，但是在成像系数放大倍数很大的条件下，物体的机械振动也会被按比例地放大。因此在一些高精度的实验或工程测量中，需要采取减振措施或采取特殊的图像处理技术消除影响。 为了减小随机噪声的影响，除了上述改进实验设备或者提高实验条件外，在目前的实验研究和工程测量中，常采用多帧图像平均法来消除噪声对相关精度的影响。3图像质量对计算精度的影响 散斑图中的图像灰度分布、散斑颗粒大小、以及在散斑相关计算中选取的窗口（子

20、区）大小等，都对计算精度有影响。据文献分析：散斑颗粒在2-5个像素是最佳的，41×41-61×61的计算窗口是最佳的。另外，光源和采集程序中参数的选取也会影响图像的质量，从而影响计算的精度：在数字散斑相关方法中，光源的光强需要相对稳定，并且分布均匀，如果测量系统的像面照度分布不均匀，最大和最小照度远超过CCD器件的响应范围，那么将造成CCD传感器饱和或曝光不足，从而使图面失真产生测量误差。为此，我们必须通过调节成像镜头的光圈，合理地布置光源来改变照度，使之适应器件的响应范围，达到精确测量的目的。图像采集程序中包括对比度、亮度、饱和度和色调等参数，这些参数的调节会影响到图像的

21、明暗程度，即图像灰度范围；另外还会直接影响到图像散斑的对比度。因此，在采集图像的过程中，应实时监控图像的灰度分布范围，以及时调节参数来尽量得到质量良好的图像，以达到提高测量精度的目的。第三章 材料力学基本计算31 拉伸与压缩 当结构或机械零部件承受载荷或传递运动时，每一构件都会产生形变，因此在分析这类问题时，必须将物体作为变形固体。 为保证整个结构或机械的正常工作，首先要求构件在受载荷作用时不发生破坏。但只是不发生破坏，并不一定就能保证构件或整个结构的正常工作。此外，有一些构件在载荷作用下，其原有的平衡形态可能丧失稳定性。针对上述三种情况，对构件正常工作的要求可以归纳为如下三点：1. 在载荷作

22、用下构件应不至于破坏（断裂），即应具有足够的强度；2. 在载荷作用下构件所产生的变形应不超过工程上允许的范围，也就是要具有足够的刚度；3. 承受载荷作用时，构件在其原有形态下的平衡应保持为稳定的平衡，也就是要满足稳定性的要求。 在一对其作用线与直杆轴线重合的外力F作用下，直杆的主要变形时长度的改变。这种变形形式称为轴向拉伸或轴向压缩。 工程中有很多构件，例如，钢木组合桁架中的钢拉杆和做材料试验用的万能试验机的立柱等，除连接部分外都是等直杆，作用于杆上的外力（或外力合力）的作用线与杆轴线重合。等直杆在这种受力情况下，其主要变形是纵向伸长或缩短。这类构件称为拉（压）杆。 实际拉（压）杆的端部可以有

23、各种连接方式。如果不考虑其端部的具体连接情况，则其计算简图即如图所示。计算简图从几何上讲是等直杆；其受力情况是杆在两端各受一集中力F作用，两个F力大小相等，指向相反，且作用线与杆轴线重合。3.2胡克定律 拉（压）杆的变形量与其所受力之间的关系与材料的性能有关，只能通过实验来获得。对工程中常用的材料，如低碳钢、合金钢所制成的拉杆，由一系列实验证明。当杆内的应力不超过材料的某一极限值，即比例极限时，杆的伸长l与其所受外力F、杆的原长l成正比，而与其横截面面积A成反比，即有lFlA引进比例常数E，则有l=FlEA由于F=FN,故上式可改写为l=FNlEA这一关系式称为胡克定律。式中的比例常数E称为弹

24、性模量，其单位为Pa。E的数值随材料而异，是通过实验测定的，其值表征材料抵抗弹性应变的能力，E值越大，抵抗变形的能力越强，反之，E值越小，抵抗变形的能力越弱。将上述公式改写成ll=1E×FNA由于，ll=, FNA=NA=, 于是的胡克定律的另一表达式=E即当应力不超过材料的比例极限时，应力和应变成正比。显然，式中纵向线应变和横截面上的正应力的正负号也是相对应的，当为拉应力时，引起纵向伸长线应变。3.3 弯曲变形 弯曲变形的量度 设简支梁在外力作用下发生对称弯曲（如图3.3a），xy平面为梁的纵向对称面，则梁的轴线由直线变成在xy平面内的一条光滑而连续的曲线，称为梁的挠曲线。挠曲线方

25、程：y=y(x)挠度y；截面形心在y方向的位移y向上为正；转角：截面绕中心轴转过的角度。逆时针方向为正。由于小变形，截面形心在x方向的位移忽略不计。挠度转角关系为：tan=dydx图3.3a挠曲线的近似微分方程 推导弯曲正应力时，得到：1=MEIZ 忽略剪力对变形的影响：1（x）=M(x)EIZ 图3.3b第4章 实验研究4.1 单缝宽度的测量图4.1是用单缝夫琅和费衍射测单缝宽度的实验装置，其中光源是半导体激光器，波长是入 650nm±3nm, 单缝是用50分游标卡尺调制的可调狭缝，通过调节狭缝的宽度，激光器与狭缝的位置等，使之在光屏上有较好的衍射花样，衍射花样由CCD图像采集系统

26、采集并数字化。由于CCD是弱光器件，所以利用毛玻璃来减弱光强图4.1单缝宽度测量装置图由于计算机在对所采集的图像进行处理时是以像素为单位的。为了将所采集的数据转换成人们比较习惯的度量单位，因为在进行图像采集之前，我们测量屏上画了两铅直的直线并由计算机作相关：相关运算现在时间：09-12-20 15:10:31单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1218,286,528,286, 5, 5 Corr=0.932858 Cx=316.10699 Cy=-10.00000由于我们所画的直线间的距离为

27、3CM，而由计算机相关得到的距离为316.10699个像素，即一个像素相当于0.00949CM。由计算机对不同狭缝宽度的正负一级亮斑作相关：1.相关运算现在时间：09-12-20 15:34:07单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1234,284,375,278, 37, 37 Corr=0.920622 Cx=135.89101 Cy=-5.35100 S=Cx/2*0.00949=135.89101/2*3/316.10699=0.64483cm2.相关运算现在时间：09-12-20 1

28、6:06:45单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1246,279,366,286, 27, 27 Corr=0.910304 Cx=116.37100 Cy=-1.49500 S=Cx/2*0.00949=116.37100/2*3/316.10699=0.55211cm数据处理及误差讨论所测狭缝1距离为：所测狭缝2距离为：注：狭缝到测量屏的距离。激光波长。4.2 金属丝直径的测量实验装置如图4.2所示，只有将其中的狭缝换成了细金属丝。有计算机采集的衍射花样及数据如下：He-Ne激光金属丝图

29、4.2 金属丝直径测量装置图CCD图像卡PC机铜丝衍射相关运算现在时间：09-12-20 15:03:30单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1318,277,458,272, 35, 35 Corr=0.900204 Cx=135.85500 Cy=-4.57200根据衍射理论可以计算得出所测细铜丝直径为：注：d为待测细铜丝直径；为激光波长(=632.8)；l为从铜丝到测量屏的距离；s为衍射条纹相邻暗点之间的距离。4.3光栅衍射光栅实验一:基本实验装置如图4.3所示。 图4.3 光栅常数测量

30、装置图屏上两直线实际距离：6cm。由计算机作相关，所得数据如下：相关运算现在时间：09-12-22 16:12:46单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域144, 312, 668, 312, 13, 13 Corr=0.910173 Cx=62659302 Cy=7.37900由计算机采样的衍射花样及数据如下:光栅与测量屏的距离：12.6cm相关运算现在时间：09-12-22 16:06:10单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精

31、度:0.001区域(1)位置溢出区域1104,335,588,319, 43, 43 Corr=0.957145 Cx=482.68500 Cy=-17.24500光栅与测量屏的距离：11.6cm相关运算现在时间：09-12-22 16:53:25单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1111, 322, 575, 321, 45, 45 Corr=0.926296 Cx=463.23199 Cy=-12.75600光栅与测量屏的距离：8.95cm相关运算现在时间：09-12-22 16:59:

32、30单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1167, 333, 521, 321, 39, 39 Corr=0.958429 Cx=354.58099 Cy=-12.78700数据处理及误差分析如下：表1误差(%)12.62.3110285.0874.97111.62.2179296.771.0778.951.6977294.5071.831注：m=1；=632.8nm；光栅所测相邻衍射暗点级的光栅实验二：基本实验装置如图4.3所示，只是将其中的溶液换成物理光栅。屏上两直线实际距离：3cm。由计

33、算机作相关，所得数据如下； 相关运算现在时间：09-12-22 16:21:04单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1192, 358, 508, 358, 13,13 Corr=0.98512 Cx=313.26700 Cy=-0.02200由计算机采集的衍射花样及数据如下：光栅与测量屏的距离：19.8cm相关运算现在时间：09-12-22 16:18:22单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区

34、域1220, 330, 477, 322, 31,31 Corr=0.937990 Cx=257.46899 Cy=-6.71300光栅与测量屏的距离：21.1相关运算现在时间：09-12-22 17:04:43单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1207, 331, 484, 322, 31,31 Corr=0.976384 Cx=276.58499 Cy=-8.83600光栅与测量屏的距离：14.9cm相关运算现在时间：09-12-22 17:07:01单位：pixel第1帧>第1帧

35、. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1247, 332, 445, 324, 31,31 Corr=0.9584833 Cx=199.39799 Cy=-6.42900数据处理及误差分下如下：表2误差(%)19.81.232849.1011.79821.11.324449.4971.00614.90.954850.5281.056注：m=2;光栅所测相邻衍射暗点级的4.4不同溶液中超声波传播速度的测量基本实验装置如图4.4所示。图4.4调节激光光源频率，使其在通过溶液后可以在CCD处得到清晰地衍射条纹，并由连在CCD上的计算机所

36、捕获。试验中，我们分别使用了纯水，乙醇以及不同百分比的水乙醇的混合物作为溶液，以下是由计算机输出的的实验数据及结果。其中屏上两条直线的距离为3cm。被测溶液与测量屏之间的距离为108.6cm。测量屏上正负一级光斑作相关：酒精：0% 水：100% 10.75M相关运算现在时间：09-12-20 16:29:55单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1260, 277, 364, 273, 43,43 Corr=0.928906 Cx=100.10600 Cy=-4.45500酒精：10% 水：90

37、% 10.73M相关运算现在时间：09-12-20 16:46:17单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1259, 266, 357, 262, 37,37 Corr=0.951743 Cx=96.88000 Cy=-3.59400酒精：20% 水：80% 11.97M相关运算现在时间：09-12-20 17:06:06单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1255, 280, 360, 274

38、, 29,29 Corr=0.936436 Cx=102.68500 Cy=-5.68600酒精：30% 水：70% 11.93M相关运算现在时间：09-12-20 17:14:45单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1255, 276, 360, 271, 35,35 Corr=0.940240 Cx=102.57100 Cy=-4.77500酒精：40% 水：60% 11.45M相关运算现在时间：09-12-20 17:26:57单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索

39、范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1255, 276, 359, 272, 31,31 Corr=0.944907 Cx=102.37700 Cy=-5.58300酒精：50% 水：50% 11.51M相关运算现在时间：09-12-20 17:38:41单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1256, 278, 362, 271, 31,31 Corr=0.914977 Cx=106.44900 Cy=-6.31800酒精：60% 水：40% 11.4

40、4M相关运算现在时间：09-12-20 17:47:40单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1254, 276, 365, 270, 33,33 Corr=0.938583 Cx=108.43200 Cy=-6.40700酒精：70% 水：30% 11.41M相关运算现在时间：09-12-20 17:57:59单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1247, 278, 364, 272, 35,

41、35 Corr=0.963653 Cx=116.21700 Cy=-6.64300酒精：80% 水：20% 11.39M相关运算现在时间：09-12-20 18:08:32单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1247, 281, 371, 274, 39,39 Corr=0.947985 Cx=121.86600 Cy=-7.53700酒精：90% 水：10% 11.36M相关运算现在时间：09-12-20 18:16:23单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10

42、, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1239, 280, 369, 273, 39,39 Corr=0.969447 Cx=128.45200 Cy=-6.95800酒精：100% 水：0% 11.46M相关运算现在时间：09-12-20 18:24:06单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域(1)位置溢出区域1238, 282, 378, 271, 35,35 Corr=0.940369 Cx=138.74100 Cy=-10.42400下表列出了根据以上数据及公式（3-5）计算

43、得出的实验结果 表3编号水(%)乙醇(%)CarrCoxCyX(cm)V(m/s)110.36100%0%0.928906100.10600-4.455000.47501.4873×10210.4390%10%0.951743103.88000-3.594000.49291.4542×10310.5780%20%0.936436107.68500-5.686000.51101.4215×10410.6270%30%0.940240110.57100-4.775000.52471.3909×10510.6960%40%0.944907113.37700-5

44、.583000.53801.3655×10610.7550%50%0.914977116.44900-6.318000.55261.3369×10710.8040%60%0.938583120.43200-6.407000.57151.2987×10810.8430%70%0.963653124.21700-6.643000.58941.2639×10910.8920%80%0.947985127.86600-7.537000.60681.2333×101010.9310%90%0.969447133.45200-6.958000.63331.

45、1861×101110.950%100%0.940369138.74100-10.424000.65841.1429×10注：m=1；=632.8nm；由上表2可知，改实验中激光在纯水和纯乙醇中的速度分别为1.4873×m/s和1.1429×m/s。而理论上激光在纯水和纯乙醇中的速度分别为1.4829×m/s和1.1680×m/s。误差为0.2967%和2.1490%。4.5悬臂梁弯曲挠度测试首先在悬臂梁定一个基准点，如图4.5.3所示。以该点为第一帧图像。图中两水平直线间的实际距离为1.5cm。作相关所得数据如下：相关运算现在时间：

46、09-12-27 13:11:06单位：pixel第1帧>第1帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001区域1282,109,282,267,13,13 Corr=0.958418 Cx=-8.30600 Cy=157.37801实验一：1悬挂的重物为1Kg。所得图像为第二帧图像。第一帧图像与第二帧图像作相关，数据如下：相关运算现在时间：09-12-27 14:01:04单位：pixel第1帧>第2帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001 区域1298,192,296,204,45,45 Corr=0

47、.981134 Cx=-2.19800 Cy=12.359002 悬挂的重物为1.4Kg。所得图像为第二帧图像。第一帧图像与第二帧图像作相关，数据如下：相关运算现在时间：09-12-27 14:02:41单位：pixel第1帧>第2帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001 区域1298,192,295,210,45,45 Corr=0.951025 Cx=-2.81500 Cy=17.548003 悬挂的重物为1.9Kg。所得图像为第二帧图像。第一帧图像与第二帧图像作相关，数据如下：相关运算现在时间：09-12-27 14:04:21单位：pix

48、el第1帧>第2帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001 区域1298,192,294,216,45,45 Corr=0.970950 Cx=-3.34200 Cy=24.14800实验二：重复实验一1. M=1Kg相关运算现在时间：09-12-27 14:07:57单位：pixel第1帧>第2帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001 区域1302,192,294,204,45,45 Corr=0.965423 Cx=-7.80100 Cy=12.398002. M=1.4Kg相关运算现在时间：09-12-27 14:09:38单位：pixel第1帧>第2帧. 1个点. X方向搜索范围:10, Y方向搜索范围:10 插值精度:0.001 区域1302,192,293,209,45,45 Corr=0.90