数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究

为提高位移测量精度而提出的各种亚像素位移测量算法被认为是数字图像相关方法 中的关键技术之一,详细了解已有各算法的性能无疑具有实际意义. 总结文献中3种 最常用的亚像素位移测量算法,首先用无噪声的计算机仿真散斑图对各算法的性能从计算精 度和计算效率两个方面进行了比较研究,并用实际实验图片对其性能做进一步的研究,结果 显示在图像子区大小相同的情况下,基于空域相关函数迭代的牛顿-拉普森方法计算结果最 为精确、稳定.     

基于拟合求解数字图像相关亚像素位移算法

数字图像相关方法是一种非接触式的变形场测量方法。虽然目前该算法能取得较高的计算精度,但是通常存在计算量较大、计算时间较长的问题。为了提高算法的计算效率,本文提出了一种基于移动最小二乘算法拟合整像素位移求解亚像素位移的数字图像相关方法。因为采用移动最小二乘算法有效利用了局部特征,所以可以采用相对简单的多项式拟合求解复杂的周期型余弦变形,同时计算结果具有较高的精度。计算结果的平均误差为0.0238pixel,标准误差为0.0791pixel,与常用的空间相关亚像素位移计算结果精度相当。实验结果验证了本文算法的正确性和有效性。通过与等计算精度的NR算法对比分析,结果表明本文算法在亚像素位移计算阶段具有更高的计算效率。计算效率至少提升了58.1倍,最多提升了437.8倍。     

关于数字图像相关中曲面拟合法的几点讨论

曲面拟合法求解亚像素位移是数字图像相关亚像素位移定位中的一种重要方法,它具有抗噪声能力较强、精度高、计算效率高等优点,在实际应用中多被采用.本文就该算法中影响亚像素位移定位精度的各要素进行了详细讨论,并用计算机生成的模拟散斑图和金属试件的刚体平移实验进行了验证,结果表明,整像素搜索时选取不同的计算窗口对计算结果的影响最大,而文中所列的几种相关函数的选取对计算结果的影响则可以忽略.     

数字图像相关曲面拟合法相关系数修正算法的实验研究

为了提高数字图像相关曲面拟合法亚像素定位精度,经研究发现,在实际应用中,曲面拟合法在亚像素位移为0.5像素左右时会发生较大的波动,与实际亚像素位移发生一定偏离,导致此位置位移的不连续。本文通过分析曲面拟合法亚像素位移偏离真实位移的原因,给出了具体修正方法,用模拟平移实验讨论了修正系数k和子区大小对修正结果的影响,用三点弯曲实验验证了修正方法在复杂变形情况下的有效性,提高了曲面拟合法在实际应用中的测量精度。     

基于数字图像体相关的物体内部三维位移场分析

在二维数字图像相关算法的基础上,推导了三维数字图像体相关算法,并应用于物体内部的三维位移场分析。用计算机模拟方法对SR-CT重建的物体内部三维图像施加已知变形,对变形前后三维数字图像进行体相关运算,获得三维位移场。在计算亚像素位移时,本文提出了一种三维的基于灰度梯度的算法,给出了梯度函数,阐述了数字模拟三维体相关的计算过程,通过数字模拟实验证明了算法的正确性和可靠性。     

数字散斑相关测量中亚像素位移测量方法的比较

本文介绍了数字散斑相关测量中确定亚像素位移的几种方法,包括对相关系数的插值、拟合以及基于图像梯度的两种方法,文中详细比较了这几种方法,并以计算结果的相对误差为依据,给出了这几种方法在应用中的参考选择标准。     

一种考虑旋转位移分量的数字图像相关法及其精度分析

提出了一种新的考虑旋转位移分量的数字图像相关法[CD2]旋转相关匹配法,其特点是先对图像子区进行预旋转,再进行相关匹配、相关系数、整像素和亚像素位移的计算。在物体产生旋转位移分量时,该方法可有效提高变形前后图像子区间的相关系数和位移计算精度。通过斜拉伸、剪切和悬臂梁弯曲实验,对旋转相关匹配法和直接相关匹配法进行了对比研究,并用灰度梯度法计算旋转后新图像子区和变形后图像子区间的亚像素位移。结果表明,在旋转位移分量小于10°的情况下,相比于直接相关匹配法,旋转相关匹配法可以得到更高的相关系数;在用灰度梯度法计算亚像素位移条件下,位移精度与试件位移不产生旋转时的直接相关匹配相当。     

后验概率算法用于位移场的确定

提出了一种基于贝叶斯最大后验估计算法确定固体表面位移场的方法。在图像处理过程中,把位移看作随机变量,首先建立贝叶斯模型,对变形前数字图像中的一个像素点,选定变形前后两幅数字图像中对应的圆形子区,将两子区所对应的所有可能位移逐一代入贝叶斯后验概率公式进行计算,使后验概率最大的位移值就是所求该点的位移。在得到整像素位移之后,引入亚像素重建技术,确定图像的精确位移场。本文通过计算机数字模拟实验和实物标准位移实验,验证了该方法的可行性,并得到了0．02pixel的位移测量精度。     

基于数字图像相关的金属材料低温裂尖张开位移试验测量方法

随着金属材料,尤其是天然气管线钢在高寒低温环境下的广泛应用,研究金属材料的低温断裂失效规律具有重要的科学意义和工程价值.在研究断裂失效规律的指标中,裂尖张开位移(Crack Tip Opening Displacement,CTOD)是预测裂纹扩展的重要断裂参数之一,可用来表征金属材料抵抗裂纹扩展的能力.传统上,裂尖张...     

基于可靠子区数字图像相关方法的裂纹位移场测量

裂纹位移场测量是数字图像相关(DIC)方法应用面临的难题之一。可靠子区DIC方法充分结合了尺度不变特征转换(SIFT)特征匹配和DIC方法的优势,通过SIFT特征匹配选择DIC方法中的子区(可靠子区),这种子区的相关运算不易受到裂纹的影响。在该方法中,测点的变形参数通过其周围多个可靠子区中心点位移拟合得到。裂纹附近位移场具有非连续性,在拟合时采用连续型拟合函数,会使得裂纹附近测点的位移测量存在较大的误差。针对这种情况,本文采用对拟合区域内的可靠子区中心点进行分类的方法降低误差。在分类时,首先,通过位移变异系数判断拟合区域内是否包含裂纹。然后,通过位移极值比较方法对包含裂纹的拟合区域内的可靠子区中心点进行分类。最后,选择合适的一类数据点进行拟合获取测点变形参数。与此同时,采用I型裂纹模拟散斑图实验和相似材料单轴压缩实验验证了可靠子区DIC方法的有效性。结果表明,对于裂纹位移场测量,可靠子区DIC方法具有较高的精度和可靠性。     

DIGITAL SPECKLE CORRELATION METHOD IMPROVED BY GENETIC ALGORITHM

The digital speckle correlation method is an important optical metrology for surface displacement and strain measurement. With this technique, the whole field deformation information can be obtained by tracking the geometric points on the speckle images based on a correlation-matching search technique. However, general search techniques suffer from great computational complexity in the processing of speckle images with large deformation and the large random errors in the processing of images of bad quality. In this paper, an advanced approach based on genetic algorithms (GA) for correlation-matching search is developed. Benefiting from the abilities of global optimum and parallelism searching of GA, this new approach can complete the correlation-matching search with less computational consumption and at high accuracy. Two experimental results from the simulated speckle images have proved the efficiency of the new approach.     

相关识别中的曲面拟合法

本文讨论了相关识别中的曲面拟合法。利用相关系数在真实匹配点附近的统计特性,通过对相关系数进行曲线（一维）或曲面（二维）拟合,根据其一阶导数确定最大相关系数所在的位置,快速得到亚像素匹配点。与逐步搜索法相比,该方法大大减少了运算次数,提高了数字图像相关运算的速度。     

基于非线性光流方程的高阶时域DIC算法

针对极端测试环境中采集的低质量测试图像,提出一种解析高精度变形场的高阶时域DIC(Digital Image Correlation)算法.采用模拟散斑方法建立了含高斯白噪声的亚像素级位移图像,通过最小二乘迭代法求解高阶时域DIC算法的位移量,分析了算法的测试精度.研究结果表明,非线性光流方程能够描述变形前后像素点灰度...     

一种圆形窗口与矩特征相结合的新型高效数字图像相关方法

本文提出了一种新的数字图像相关方法 (DICM)———将圆形窗口与矩特征相结合的算法。该方法克服了通常的数字图像相关方法不能在测试对象有 5°以上转角的情况下使用的缺点 ,在测试对象既有平动、又有较大转角的转动时仍然能进行高精度的搜索运算。文中详细阐述了该方法的原理与搜索过程 ,对搜索过程中矩与图像变形的关系及相关计算后相关峰的含义均作了详细讨论 ,并通过数值模拟和实验对由该方法所形成的数字图像处理软件的测量精度和在实际测量中的测试误差进行了分析和研究 ,从理论和实验两方面证明了该方法的可行性和优越性 ,并讨论了精度和速度的影响因素     

晶粒取向和晶界对双晶铜变形的影响

在扫描电子显微镜(SEM)下拉伸双晶铜样品,用数字图像相关方法(DIC)处理样品在不同应变状态下的SEM图片,得到正应变场Exx和剪应变场Exy,并通过Exx和Exy的演化研究双晶铜的变形特征,以及晶粒取向和晶界对它的影响。正应变场Exx显示两晶粒内部、晶界附近分别有单、双系滑移开启,滑移带会造成局部变形的不均匀。随着应变的增加,滑移带数量增多而强度减小,变形趋于均匀化。相比软取向晶粒,硬取向晶粒中的滑移带数量少而滑移带强度高。剪应变场Exy幅值远小于Exx幅值,因而观察不到滑移带。软取向晶粒比硬取向晶粒的平均正应变Exx大,它们之间的差别在8%的拉伸应变后随着应变的增加而被放大,晶界产生更高的协调应力,使得晶界附近的剪应变Exy开始急剧增加。     

基于返回映射的铝合金激光焊缝的弹塑性参数反演

激光焊接局部高温会退化航空铝合金的力学性能,降低航空铝合金加筋壁板结构的承载能力。基于铝合金激光焊接件焊缝附近在单轴拉伸载荷下的全场位移数据,本文提出一种用于等向强化弹塑性应力增量更新的单变量返回映射方法,并将这种应力更新策略应用于非线性虚拟场方法中,结合应变场数据反演了距离焊缝不同位置子区处的弹塑性参数,建立了各个子区材料在弹塑性阶段的应力-应变关系。经反演实验结果显示,激光焊接接头局部区域的力学性质明显弱化,热影响区的塑性应变累积较快,是激光焊缝弹塑性力学性能退化最严重的区域。