数字图像相关技术的综合算法及其在断裂力学中的应用

鉴于散斑图的随机噪声和相关搜索运算过程仍是当今影响相关图像技术所获结果精度与计算速度两大有待研究解决的主要问题,提出一种基于小波变换、序惯相似度检测和统计相关算法三者相结合的新算法。其基本原理是应用小波变换对变形前后的散斑图进行滤波平滑处理;利用序惯相似度检测算法进行粗搜索,找到可能的匹配点;在可能的匹配点应用统计相关法进行细搜索,最终找到匹配点的位置。基本实验、计算和应用表明,这种算法在消除噪声和提高运算速度等方面,取得了良好的效果。     

用数字图像相关技术预测土壤开裂

介绍使用数字图像相关技术预测土壤开裂的方法。通过对定时得到的一组数字图像进行相关运算得到一组二维位移场，位移的矢量表示展现在计算机屏幕上就成功地展示了开裂裂纹的形态。预测的开裂趋势与实际发生的是一致的。     

双平面镜双相机数字图像相关技术在三维重建中的应用

三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用,针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性,本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法,并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系,基于公垂线中点法进行目标点三维重构,确定棋盘格标定板角点的三维坐标;分析角点在镜面的虚实对应关系,标定镜面位置方程,得到反射变换矩阵;通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换,最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性,分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中,其正反轮廓的三维重建效果良好;在五棱铝柱热变形动态实验中,铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致,且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法,具有较高的精度。     

高精度数字图像相关测量系统及其技术研究

研制双CCD长距显微数字图像相关测量系统,它融合光电子、数字图像相关方法和散斑技术于一体,具有非接触式、高精度、宽量程、准实时、测试方法简便等优点,它可用于材料力学性能(特别是柔性高分子材料力学性能)测量、低膨胀系数新型材料线胀系数等的测量。若将其用于应变测量,灵敏度优于1με,而传统数字图像相关方法测量应变的理论灵敏度为20με。利用列阵光学元件解决了0.05 mm高衬比度微小标记的方便设置;提出消除了数字图像灰度噪声的时间平均法,使相关测量精度稳定地达到0.01 pixel。还给出金属材料拉应变的测量结果,实验结果与经典理论值相当接近。此外,还阐述数字图像相关测量技术是一种超光学系统衍射极限分辨力的测量技术。     

基于数字图像相关技术的风电叶片静态特性试验研究

进行了风电叶片双轴静载试验,全程采用数字图像相关技术监测其全场三维变形。结果表明,在各工况荷载作用下,风电叶片的三维位移分布具有良好规律,而应变分布则无明显规律。3个方向位移中,平面外位移远大于平面内位移。双轴荷载作用下,风电叶片挥舞方向位移与摆振方向位移均随加载等级增大而增大。在风电叶片全场范围内,挥舞方向位移沿叶片展向逐渐增大,直至叶尖达到最大值。叶片各点的摆振方向位移均为负位移,负位移最大值出现在叶片中部。在叶根至41%叶长(55 cm)区域内,叶片各工况下的展向位移几乎接近于0;而在41%叶长至叶尖区域,当荷载较小时,叶片迎风面纤维的受拉伸长量大于平面外弯曲的展向位移分量而产生正位移;随着荷载增大,叶片平面外弯曲变形的展向位移分量大于迎风面纤维的受拉伸长量而产生负位移。     

噪声对数字图像相关法计算结果的影响研究

不同的散斑场会显示出不同的灰度分布特征,并对数字图像相关方法的计算结果有着重要影响。使用计算机模拟生成一系列单向拉伸图像和双向拉伸图像,并在生成的图像中添加噪声,从而获得一系列含噪声单向拉伸图像和含噪声双向拉伸图像。使用数字图像相关方法对无噪声图像和含噪声图像分别进行相关计算,并分析研究图像应变量与相关计算结果正确率间的关系,研究结果表明发现当图像的应变量在一定范围内时,数字图像相关方法计算结果的正确率较高。同时发现,当图像的应变量较小时,噪声对相关计算结果的影响较大,随着图像应变量的增大,噪声对相关计算结果的影响逐渐减小,当图像的应变量到达一定程度时,噪声对相关计算的影响就不明显了。     

数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用

针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象,利用数字图像相关方法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量,并比较了不同封装配置对结构热变形的影响.建立了适于求解结构表面热变形分布的理论模型,利用实验结果和有限元模拟验证了理论模型.同时表明了实验方法的有效性和可行性,为微机电系统器件设计提供了有益的参考.     

基于数字图像相关的透明材料厚度测量

提出了一种测定透明材料厚度的新方法。该方法是基于透明材料对光的折射特点,利用光斑点面内位移与材料厚度的变化关系,将厚度的测量转化为对面内位移的测量。将此方法与数字图像相关法相结合,实现了单摄像机对厚度的测定。对轴向拉伸状态下的有机玻璃板的厚度变化进行了测定,将实验结果与理论值进行了对比,两者符合较好,证明了该实验方法的有效性和可行性。     

物体内部三维位移场分析的数字图像相关方法

提出了物体内部三维位移场的数字图像相关分析方法，对物体变形前后，或连续变形的两个相邻状态的内部三维结构的数字图像，通过相关运算获得三维位移场.文中给出了三维相关法的体搜索窗口、相关函数及亚像素运算的相关系数拟合函数.数字模拟结果证明了三维相关法的正确性及可靠性.位移计算精度为0.02像素. 关键词： 数字图像相关 三维相关 亚像素     

基于数字图像相关法的空间目标位姿测量

针对传统立体视觉位姿测量方法中必须事先确定计算点的数量和位置的局限性,提出了一种基于三维数字图像相关法(3D-DIC)的空间目标位姿测量方法。该方法通过3D-DIC获得被测物不同时刻的全场坐标信息,根据提取的相应计算点坐标,结合空间向量求解空间目标的位姿参数。该方法可灵活选取计算点的数量和位置,并相应提出了计算点数量最优比条件。通过位移旋转台和六自由度平台分别对复杂形貌特征的面具试样进行了多位姿参数测量的实验验证。实验结果表明,计算点数量满足最优比条件时位姿测量精度最高,计算点的位置对测量结果影响较小,六自由度平台的测量误差在允许范围之内。所提出的3D-DIC位姿测量方法可在较小的误差范围内实现对空间目标多个位姿参数的测量。     

A weighting window applied to the digital image correlation method

In the digital image correlation method, two steps are used to calculate the displacements of tested images. The first step is to locate the integer-pixel displacement, and the next one is to compute the sub-pixel displacement based on the first step. The benefit from the computation method for the integer-pixel displacement is that its results directly affect the displacement accuracy of each point in tested images. In this paper, a new method is developed to calculate the displacement fields between two images taken before and after deformation of an object. A new correlation function with a weighting factor related to the position of each point in the image is taken into account. The analysis and experimental results confirm the validity of the new method. In addition, the calculation results from our method have more accuracy than that of the traditional one.     

基于摄影测量校正的斜光轴数字图像相关方法

提出一种针对单相机、斜光轴测量条件下,基于摄影测量校正的二维数字图像相关法(DIC).变形前,在被测物表面粘贴不少于3个控制点(圆形标志点),通过摄影测量技术得到控制点的三维坐标,利用控制点的三维坐标及其在图像上对应的二维坐标,通过空间后方交会法得到斜光轴相机的三维空间方位,拟合控制点的三维坐标得到控制面.变形过程中,...     

A Novel Method of Vein Detection with the Use of Digital Image Correlation

Digital image correlation may be useful in many different fields of science, one of which is medicine. In this paper, the authors present the results of research aimed at detecting skin micro-shifts caused by pulsation of the veins. A novel technique using digital image correlation (DIC) and filtering the resulting shifts map to detect pulsating veins was proposed. After applying the proposed method, the veins in the forearm were visualized. The proposed technique may be used in the diagnosis of venous stenosis and may also contribute to reducing the number of adverse events during blood collection. The great advantage of the proposed method is the lack of the need to have specialized equipment, only a typical mobile phone camera is needed to perform the test.     

Measuring Microscopic Deformations with Digital Image Correlation

This paper describes a feasibility study of a high magnification full field deformation measurement system. The system consists of an image acquiring and analysis system and an optical metallurgical microscope. It can be used to determine in-plane surface deformations at magnifications up to 2000 pixels/mm. Images from an optical microscope are acquired by using a CCD camera and a digitizing board, and stored in a microcomputer. The surface displacement field is determined by using the digital image correlation method. Displacement gradients on the surface are computed after smoothing the displacement data. By performing a number of experiments and analyzing them, sources of errors in the system and their magnitudes are determined. Methods to minimize these errors are also discussed. It is realized that the system has every potential of quantifying in-plane surface displacement fields and the strains on the surfaces of specimens used in the research areas of micromechanics of solids. © 1997 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量

为了从含噪声的位移场中计算得到可靠的应变场,提出一种基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法。介绍了数字图像相关方法的原理,阐述了基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法,并讨论了计算区域边界、孔洞及裂纹附近区域等情况下的应变计算。对均匀变形和中心带圆孔的薄铝板拉伸实验的计算结果表明,该方法能有效地从原始位移场数据中提取全场应变信息。在均匀变形情况下应选择大的应变计算窗口,计算结果更逼近真值;在非均匀变形情况下,如果位移场中包含较强的噪声,则应选择较大的应变计算窗口,而位移场精度很高时可选择更小的应变计算窗口。     

基于图的加权核K均值的图像多尺度分割

提出改进的最小割(IMC)模型以避免分割出小的孤立点集,研究了改进的最小割模型与加权核K均值之间的等价关系,列举了几种常见的用于建立图割模型边权值的相似度函数,并分析了其对分割结果的影响.在此基础上.设计了一个摹于图的加权核K均值图像多尺度分割方法,该方法既避免了基于图割的图像分割中图谱的求解问题,又避免了加权核K均值方法中核矩阵的选取问题,同时实现了对图像多尺度的分割.通过对该方法进行抗噪性能的分析,以及在光学图像上对实验结果进行比较,验证了所提出方法的有效性.     

斜光轴数字强度相关计量的像模糊容限

本文结合ＣＣＤ器件的分辨水平，详细分析了斜光轴数字强度相关计量时，允许由离面位移，变形及倾斜等所引起的最大像模糊容限，并给出了其解析表达式。     

基于聚类的相位相关运动估计方法

针对相机运动引起的图像序列运动的问题,提出了一种基于聚类的相位相关块匹配运动估计算法。利用Harris算子分别在相邻帧图像上检测角点,以参考图像角点为中心选取一个矩形块,将块匹配法与相位相关相结合来计算图像间的运动矢量。最后,对获得的多个块的平移量,进行空间聚类从而选取运动估计比较准确的点。实验结果表明：该算法配准精度能达到亚像素,稳定性较好。