CN105651433B - 动态光弹性***中动应力与静应力的分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态光弹性***中动应力与静应力的分离方法，在一个实施例中，包括：采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及静应力场光弹图像；选取光弹图像中分离动应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和静应力图像灰度值；求取动应力主应力与静应力主应力的夹角；基于图像灰度值和夹角信息，分离出测点处的动应力。在另一个实施例中，则采集动应力场光弹图像，选取光弹图像中分离静应力的点，并读取动应力图像灰度值，分离出选取点处的静应力。本申请实施例通过对光弹图像灰度值进行分析处理，可将固体内缺陷附近的静应力进行分离，或将缺陷附近的动应力进行分离，亦可推广到小动应力和小静应力的分离。
Description
技术领域
本申请涉及声学技术领域，尤其涉及一种动态光弹性***中动应力与静应力的分离方法。
背景技术
在光力学实验中会出现静应力(例如残余应力)和动应力(例如超声应力)叠加的情况，特别是在使用动态光弹***研究声场散射问题时，需要对透明样品进行加工，做出特定的缺陷。在加工过程中，会在边缘产生残余应力，形成具有一定分布的残余应力场，从而向***拍摄的图像中引入较强的噪声。在带有残余应力的光弹图像中，难以分辨超声信号，需要进行分离。
从目前公开发表的专利和文献来看，目前尚无分离缺陷附近的残余应力的方法，在一定程度上阻碍了超声波在缺陷附近的传播和散射问题的研究。
发明内容
本申请的目的是针对现有缺陷，提供一种动态光弹***中动应力与静应力的分离方法，可以通过叠加场光弹图像和静应力场光弹图像，确定动应力，亦可以通过叠加场光弹图像和动应力场光弹图像，确定静应力。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种动态光弹***中动应力与静应力的分离方法，通过叠加场光弹图像和静应力场光弹图像，确定动应力，所述方法包括：
采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及静应力场光弹图像；
选取所述光弹图像中分离动应力的测点，并分别读取测点处叠加应力图像灰度值和静应力图像灰度值；
求取动应力主应力与静应力主应力的夹角；
基于所述图像灰度值和所述夹角信息，分离出测点处的动应力。
优选地，所述采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及静应力场光弹图像，包括：
利用动态光弹性***采集带有缺陷透明固体中的动应力和静应力叠加场光弹图像，以及在透明固体中缺陷附近没有动应力条件下，采集静应力场光弹图像。
优选地，所述选取所述光弹图像中分离动应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和静应力的图像灰度值，该步骤之前还包括：通过读图程序，读取所述叠加应力光弹图像的RGB值，并过滤红、蓝通道，再作图像灰度化处理。
优选地，求取动应力主应力与静应力主应力的夹角，包括：
通过静应力与测点的几何关系确定动应力主应力差向与静应力主应力方向的夹角。
优选地，基于所述图像灰度值和所述夹角信息，分离出测点处的动应力，包括：
通过公式分离出测点处的动应力；
其中，A为叠加应力图像灰度值，B为静应力图像灰度值，C为动应力图像灰度值，θ为动应力主应力差方向与静应力主应力差方向的夹角。
另一方面，本发明提供了一种动态光弹性***中动应力与静应力的分离方法，通过叠加场光弹图像和动应力场光弹图像，确定静应力，所述方法包括：
采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及动应力场光弹图像；
选取所述光弹图像中分离静应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图 像灰度值和动应力的图像灰度值；
求取动应力主应力与静应力主应力的夹角；
基于所述图像灰度值和所述夹角信息，分离出测点处的静应力。
优选地，所述采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及动应力场光弹图像，包括：
利用动态光弹性***采集带有缺陷透明固体中的动应力和静应力叠加场光弹图像，以及在透明固体中无缺陷附近没有静应力条件下，采集动应力场光弹图像。
优选地，所述选取所述光弹图像中分离静应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和动应力的图像灰度值，该步骤之前还包括：通过读图程序，读取所述叠加应力光弹图像的RGB值，并过滤红、蓝通道，再作图像灰度化处理。
优选地，求取动应力主应力差与静应力主应力差的夹角，包括：
通过静应力与测点的几何关系确定动应力主应力方向与静应力主应力方向的夹角。
优选地，基于所述图像灰度值和所述夹角信息，分离出测点处的静应力，包括：
通过公式分离出选取点处的静应力；
其中，A为叠加应力图像灰度值，B为动应力图像灰度值，C为静图像灰度值，θ为动主应力差方向与静应力主应力差方向的夹角。
本发明通过对光弹图像灰度值进行分析处理，可将固体内缺陷附近的静应力进行分离，或是可将固体内无缺陷附件的动应力进行分离，亦可推广到小动应力和小静应力的分离。分离叠加应力场的初始条件可根据需求确定，若要获取动应力场值，需要叠加应力场图像的灰度值以及静应力场图像的灰度值作为初始条件。若要获取静应力场图像的值，需要叠加应力场的图像灰度值以及动应力场图像的灰度值作为初始条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍。显而易见地，下面附图中反映的仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得本发明的其他实施例。而所有这些实施例或实施方式都在本发明的保护范围之内。
图1为动态光弹性成像***；
图2(a)为本发明实施例提供的动、静应力分离流程图之一；
图2(b)为本发明实施例提供的动、静应力分离流程图之二；
图3超声应力和残余应力叠加场光弹灰度图像示意图；
图4残余应力场光弹灰度图像示意图；
图5图3中测点的叠加应力图像灰度值读取；
图6图4中测点的残余应力图像灰度值读取；
图7超声主应力与残余应力主应力夹角示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
在一个具体实施例中，本发明提供了一种动态光弹***中动应力与静应力的分离方法，通过叠加场光弹图像和静应力场光弹图像，确定动应力。在本实施例中，动应力以超声应力为例，静应力以残余应力为例进行描述。图2(a)和(b)为本发明实施例提供的动、静应力分离流程图，由图2(a)所示，本实施例进行动应力和静应力分离的步骤为：
S11,采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及静应力 场光弹图像。
利用图1所示的动态光弹性成像***采集带有缺陷透明固体中的超声应力和残余应力叠加场光弹图像。然后通过读图程序，可获取叠加应力场光弹的RGB值(三色值)，由于所使用激光器为绿光，故以G(绿色)值为准，过滤掉R(红色)B(蓝色)通道，并进行灰度化处理，如图3所示。需要说明的是，图像中灰度值大小由主应力差决定，以下示例图像都进行灰度化处理；
利用图1所示的动态光弹性成像***采集透明固体中缺陷附近没有超声应力条件下，残余应力场光弹图像，该图像也进行灰度化处理，如图4所示。
S12，选取所述光弹图像中分离动应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和静应力图像灰度值。
选取图像上要分离超声应力的测点的坐标点，如图5中的坐标点(404,366)，通过读图程序，可获取该测点叠加应力图像灰度值，在此将该测点的叠加应力图像灰度值记为A，由图5所示，可得A＝116；
获取在没有残余应力的情况下与上述中相同坐标点，如图6中的坐标点(404,366)，通过读图程序，可获得该测点残余应力灰度值。在此将该测点的残余应力图像灰度值记为B，由图6所示，知B＝13。
S13，求取动应力主应力与静应力主应力的夹角。
通过静应力与选取点的几何关系确定动应力主应力方向与静应力主应力方向的夹角。具体为：
缺陷处残余应力主应力的方向，可根据残余应力场主应力差方向垂直缺陷边界的特性，通过所选测点坐标与圆心坐标几何关系，求得残余应力主应力与超声主应力的夹角θ＝10.8°，如图7所示。需要说明的是，夹角θ会根据所选取测点的坐标变化而变化。
S14，基于所述图像灰度值和所述夹角信息，分离出测点处的动应力。
根据下式，可以分离出测点处的动应力，在本实施例中分离出测点处超声应力：
其中，A为叠加应力图像灰度值，B为残余应力图像灰度值，C为超声应力图像灰度值，θ为残余应力主应力与超声主应力的夹角。
将上述获得的A、B、θ代入到公式中，便能成功分离出超声应力，得到C为54，C便是超声应力图像灰度值。
在另一个具体实施例中，本发明提供了一种动态光弹***中动应力与静应力的分离方法，通过叠加场光弹图像和动应力场光弹图像，确定静应力。在本实施例中，动应力以超声应力为例，静应力以残余应力为例进行描述。图2(a)和(b)为本发明实施例提供的动、静应力分离流程图，由图2(b)所示，本实施例进行动应力和静应力分离的步骤为：
S21，采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及动应力场光弹图像。
利用图1所示的动态光弹性成像***采集带有缺陷透明固体中的超声应力和残余应力叠加场光弹图像。然后通过读图程序，可获取叠加应力场光弹的RGB值(三色值)，由于所使用激光器为绿光，故以G(绿光)值为准，过滤掉R(红色)B(蓝色)通道，并进行灰度化处理。需要说明的是，图像中灰度值大小由主应力差决定，以下示例图像都进行灰度化处理；
利用图1所示的动态光弹性成像***采集透明固体中无缺陷附近没有残余应力条件下，超声应力场光弹图像，该图像也进行灰度化处理。
S22，选取所述光弹图像中分离静应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和动应力图像灰度值。
选取图像上要分离残余应力的测点的坐标点，通过读图程序，可获取该测点处叠加应力图像灰度值，在此将该测点处的叠加应力图像灰度值记为A；
获取与上述中相同的坐标点，通过读图程序，可获得该测点处超声应力图像灰度值，在此将该测点的超声应力图像灰度值记为B。
S23，求取动应力主应力与静应力主应力的夹角。
通过静应力与测点的几何关系确定动应力主应力方向与静应力主应力方向的夹角。具体为：
缺陷处残余应力主应力的方向，可根据残余应力场主应力方向垂直缺陷边界的特性，通过所选分离点坐标与圆心坐标几何关系，求得残余应力主应力与超声主应力的夹角θ，如图7所示。需要说明的是，夹角θ会根据所选取测点的坐标变化而变化。
S24，基于所述图像灰度值和所述夹角信息，分离出测点处的静应力。
根据下式，可以分离出测点处的静应力，在本实施例中分离出测点处残余应力：
其中，A为叠加应力图像灰度值，B为超声应力图像灰度值，C为残余应力图像灰度值，θ为残余应力主应力与超声主应力的夹角。
将上述获得的A、B、θ代入到公式中，便能成功分离出残余应力，C便是残余应力图像灰度值。
在本发明实施例中，动应力以超声应力为例，静应力以残余应力为例，描述了动态光弹***中动应力与静应力的分离方法，通过叠加场光弹图像和静应力场光弹图像，确定动应力；亦可以通过叠加场光弹图像和动应力场光弹图像，确定静应力。本发明通过对光弹图像灰度值进行分析处理，可将固体内缺陷附近的残余应力分离，或是将固体内缺陷附近的超声应力分离，亦可推广到小动应力和小静应力的分离。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为 超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种动态光弹性***中动应力与静应力的分离方法，其特征在于，所述方法包括：
采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及静应力场光弹图像；
选取所述光弹图像中分离动应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和静应力图像灰度值；
求取动应力主应力与静应力主应力的夹角；
基于所述图像灰度值和所述夹角信息，通过公式得到动应力图像灰度值，其中，A为叠加应力图像灰度值，B为静应力图像灰度值，C为动应力图像灰度值，θ为动应力主应力差方向与静应力主应力差方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及静应力场光弹图像，包括：
利用动态光弹性***采集带有缺陷透明固体中的动应力和静应力叠加场光弹图像，以及在透明固体中缺陷附近没有动应力的条件下，采集静应力场光弹图像。
3.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述选取所述光弹图像中分离动应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和静应力图像灰度值，该步骤之前还包括：通过读图程序，读取所述叠加应力光弹图像的RGB值，并过滤红、蓝通道，再作图像灰度化处理。
4.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，求取动应力主应力与静应力主应力的夹角，包括：
通过静应力与测点的几何关系确定动应力主应力方向与静应力主应力方向的夹角。
5.一种动态光弹性***中动应力与静应力的分离方法，其特征在于，所述方法包括：
采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及动应力场光弹图像；
选取所述光弹图像中分离静应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和动应力图像灰度值；
求取动应力主应力与静应力主应力的夹角；
基于所述图像灰度值和所述夹角信息，通过公式得到静应力图像灰度值，其中，A为叠加应力图像灰度值，B为动应力图像灰度值，C为静应力图像灰度值，θ为动应力主应力方向与静应力主应力方向的夹角。
6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述采集透明固体中动应力与静应力叠加应力场光弹图像，以及动应力场光弹图像，包括：
利用动态光弹性***采集带有缺陷透明固体中的动应力和静应力叠加场光弹图像，以及在透明固体中无缺陷附近没有静应力条件下，采集动应力场光弹图像。
7.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述选取所述光弹图像中分离静应力的测点，并分别读取该测点处叠加应力图像灰度值和动应力图像灰度值，该步骤之前还包括：通过读图程序，读取所述叠加应力光弹图像的RGB值，并过滤红、蓝通道，再作图像灰度化处理。
8.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，求取动应力主应力与静应力主应力的夹角，包括：
静应力与测点的几何关系确定动应力主应力方向与静应力主应力方向的夹角。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190215 Termination date: 20191230 |