散斑图像相关数字技术原理及应用

研究图像处理技术在散斑测量中的应用，提出了一种散斑图像相关数字技术，该方法引进了亚像素技术，采用重心算法计算特征斑的重心，避免了数字散斑相关法计算相关系数的繁复过程；应用位移和应变的有关公式，可以获得物体变形实验曲线，实验结果表明，该方法在工程实际现场、振动过程以及变形测量的自动化等方面有着广泛的应用潜力，从而为光测力学拓展应用领域、实现自动化测量展现了新的前景。     

用于显微图像和平滑图像的梯度数字相关法

随着微观实验力学技术的发展,显微图像的相关分析与计算变得越来越重要.与以往的宏观图像和散斑图像相比,显微图像具有明显不同的特点,即团状,灰度变化平缓、大颗粒等.为了对这类图像进行稳定、较高精度的分析,本文提出了微区图像梯度数字相关方法,并通过实验探讨了所提算法的检测性能.     

一种新的数字散斑相关方法及其应用

本文提出了一种新的改进的数字散斑相关方法——十字搜索法。采用该方法将大大缩短计算时间，从而使数字散斑相关在微机上得到成功的应用。本文还从概率与统计的角度提出了新的相关系数计算公式，这个计算公式可以提高计算精度。文中还讨论了高精度测量的一些技术问题。初步实验验证表明，本文所提出的方法是一种实用的快速、高精度的位移、应变测试方法。     

DVC中内部散斑质量评价及计算体素点的优化选择

数字体图像相关方法(digital volume correlation, DVC)是一种可测量物体内部三维全场变形的先进实验力学测试技术, 通过分析由体图像成像设备(如X-ray CT)获取的物体变形前后的三维体图像, DVC可获得物体内部具有亚体素精度的三维变形信息. 在应用DVC测量内部变形时, 被测试样体图像的内部散斑质量对其测量精度有着重要影响. 本文从DVC算法位移测量误差的理论分析和数值模拟实验两方面证实了DVC的位移测量误差与计算子体块的灰度梯度平方和(sum of square subvolume intensity gradient, SSSIG)值呈负相关关系, 即: 计算子体块的SSSIG值越大, 其位移测量精度越高, 因此SSSIG可用于体图像内部散斑质量的定量评价. 尽管直接增加计算子体块尺寸可以增加SSSIG, 但是较大计算子体块内更多的计算点会导致计算量的显著增加. 为此, 本文进一步提出一种计算体素点优化选择方法, 该方法通过将计算子体块中灰度梯度较小的体素点剔除出计算, 以实现在增大计算子体块尺寸的同时不会显著增加计算量. 模拟和真实实验结果显示了该计算体素点优化选择方法的有效性.      

橡胶材料弹性模量数字图像相关测定法

利用数字图像相关方法测量了小应变下柔性橡胶的弹性模量.用CCD相机记录单轴压缩实验中圆柱体橡胶试样表面人工散斑图像,作为数字图像相关测量技术中的变形信息载体.分析了镜头畸变对位移测量的影响,运用数字图像相关法得出小应变范围内像胶的应力应变曲线,计算出橡胶的弹性模量.并与采用千分表所得到的结果进行了比较,两者符合较好.实...     

散斑图像相关数字技术在薄壁钢管混凝土长柱变形测量中的应用

薄壁钢管混凝土构件作为新发展的组合构件,对其研究具有非常重要的意义。文中首先介绍了散斑图像相关数字技术的基本原理,然后给出了变形计算公式。为弥补传统测量方法的不足,在薄壁钢管混凝土长柱偏压破坏实验中,引入了散斑图像相关数字技术,对长柱跨中截面的全过程变形(位移)进行了测量,并对测量结果进行了分析与讨论,同时还与传统测量方法所得结果进行了对比分析。实验结果与分析表明:该方法具有较高的精度和工程可用性,可克服传统测量方法中的一些弊端,且对实验设备和测量环境要求不高,很适合现场非接触测量。     

透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法

本文提出了一种结合数字梯度敏感（digital gradient sensing, DGS）方法和数字图像相关（digital image correlation, DIC）方法,可实现平面应力状态下透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法。分别在透明试样和散斑板表面制备蓝色和红色的荧光散斑,然后利用3CCD相机分离试样和散斑板上特定光谱的荧光散斑,从而实现前后两个散斑图像的独立成像。分别计算可得到透明试样的应变和应力梯度场。通过展开半平面集中力加载实验,进行实验结果与解析值的对比,验证了此方法的可行性。

     

氧化铝多孔膜变形的时间序列散斑干涉法检测

本文通过鼓膜实验,利用双光束电子散斑干涉技术(ESPI)和时间序列的散斑干涉法,首先对纯铝试样鼓膜变形进行测量,并结合薄板小挠度理论计算了纯铝的弹性模量,结果与弹性模量的参考值基本相同,表明该测量变形的方法精确可行。在此基础上对二步阳极氧化法制备的氧化铝多孔膜试样的鼓膜变形进行了检测,变形检测结果为进一步研究氧化铝多孔膜的力学性能及其与微观结构的关系提供了依据和基础。     

基于运动散斑的物体三维形貌测量方法

设计了一种基于近红外运动散斑的低成本双目立体视觉系统。该系统将一个低成本散斑投影器安装在一个摇摆运动机构上,向目标表面投射运动的散斑,利用空间-时间立体视觉原理,在立体匹配的时候,不同于传统的立体视觉方法(采用二维的滑动窗口进行对应点查找),它不仅利用图像像素之间的空间信息,还引入了图像的时间信息,可以采用一个三维的滑动窗口进行立体匹配。与传统的立体视觉方法相比,该方法具有更高的重建精度。此外,本文采用金字塔搜索策略、积分图像和GPU对立体匹配算法进行加速,使得立体匹配的计算速度提高了800多倍。     

基于数字图像的分离式霍普金森压杆实验中试件应变及两端应力的同步测量法

本文提出一种基于高速摄像和数字图像相关方法(DIC)的分离式Hopkinson压杆(SHPB)测量技术,从而实现试件应变和两端应力的同步测量。即在与试件接触的输入输出杆两端制作散斑,通过高速摄像获取SHPB实验过程中的散斑变形图像,由DIC测得各时刻试件的应变、输入输出杆端的应变(可直接换算为试件两端的应力)。由于试件和杆端的应变都是从同一张高速摄影的图像上分析得到的,因此它们是同步的。应用该方法对钢纤维混凝土试件的SHPB试验进行了测量,测量结果与传统应变片测量结果吻合,验证了该方法的可行性。该技术不仅实现了SHPB实验中试件应变和应力的同步测量,还将有助于直接检验各材料在SHPB实验中试件两端的力在实验过程中是否平衡。     

光载波在散斑法全全场分析中的应用

本文提出利用变形物体的刚体位移作为散斑法全场分析的光载波,使难以消除的刚体位移转化成可计算条纹级次的有利因素。讨论了光载波与形变位移、总位移产生的条纹之间的调制关系,对非整数级条纹进行了补偿,提高了散斑法全场分析的精度,为计算机全自动计算全场条纹级次提供了预处理方法,并对一受载剪切墙各点的全场分析的条纹级次进行了具体的计算.     

基于DSCM-FEM的花岗岩力学参数反演方法研究

开展了基于数字散斑相关方法和有限单元法(DSCM-FEM)的花岗岩力学参数反演方法研究.选取一种花岗岩进行三点弯曲实验,以数字散斑相关方法作为实验观测手段,分析得到的试件加载过程中表面位移场作为测量值,通过有限元法得到的位移场作为仿真值,以测量值与仿真值之间的误差作为目标函数,构建反问题模型,利用优化算法对岩石的弹性模...     

变形测量中的数字散斑相关搜索方法

本文用仿射变换阐述了数字散斑相关方法的基本原理,通过分析散斑位移及其导数对物体变形前后散斑图的相关性的影响,对相关算法作了简化,提出了相关搜索方法.典型的实验证实了该方法的可行性,同时就散斑颗粒尺寸、子区大小对相关识别的影响等问题进行了讨论,初步给出了相关计算的有关最佳参数.     

光绘:自由开源的数字散斑图像生成和评价软件

生成数字散斑图像以及对应的变形图像是数字图像相关研究的基础,然而至今仍然缺乏功能齐全、操作简单、界面友好的专业散斑生成和分析软件;研究者需要自行实现相关算法,不仅费时耗力,也增加了出错的可能性.本文发布了一款自由开源的数字散斑图像生成和评价软件:《光绘》.该软件具有散斑图生成、变形图生成、散斑质量评价和散斑图案推荐等功...     

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。     

基于数字图像相关的转速测量方法

针对转动机构运动学参量测量问题,基于数字图像相关技术,本文提出了转角、转速、速度瞬心等运动学参量的测量方法。利用模拟散斑图进行方法可靠性分析,结果表明,若取多个区域测试结果的平均值作为可靠测试结果,则转角测试精度可达0.01°,瞬心位置测试精度可达亚像素量级。搭建转速图像测试系统,并测试了电机转轴的转速与速度瞬心。实验结果进一步表明,基于数字图像相关的转速测量方法在实际工程测量中具有较高的精度与稳定性。     

应用数字图像相关方法测量含缺陷试样的全场变形

利用数字图像相关方法测量表面带孔洞、裂纹、缺口等缺陷试样的全场变形是许多实际测量任务中经常遇到的问题.就此问题,本文阐述了一种先对要避免计算的缺陷区域进行标记,在随后进行的相关计算中直接避免这些标记区域的方法.在已计算得到全场位移的情况下,文中提出了基于局部位移场最小二乘拟合的方法来计算区域边界、孔洞、裂纹或缺口附近等区域应变.最后对单侧边带半圆缺口试样的单向疲劳拉伸实验的计算结果充分显示本文方法的有效性和可靠性.     

应用数字图像相关方法测量含缺陷试样的全场变形

利用数字图像相关方法测量表面带孔洞、裂纹、缺口等缺陷试样的全场变形是许多实际测量任务中经常遇到的问题。就此问题，本文阐述了一种先对要避免计算的缺陷区域进行标记，在随后进行的相关计算中直接避免这些标记区域的方法。在已计算得到全场位移的情况下，文中提出了基于局部位移场最小二乘拟合的方法来计算区域边界、孔洞、裂纹或缺口附近等区域应变。最后对单侧边带半圆缺口试样的单向疲劳拉伸实验的计算结果充分显示本文方法的有效性和可靠性。     

一种通过条纹方向图提取散斑条纹中心线的方法

在光测力学中,如何从单幅散斑干涉条纹图中消除散斑噪声,高精度自动提取相位信息,是一项较困难的工作。本文提出了一种计算条纹方向的简单算法,以及通过条纹方向图提取散斑条纹中心线的方法。实验表明此方法对高噪声的散斑条纹图非常有效。     

光栅大错位数字散斑干涉系统及其应用研究

本文用统计光学理论简要简述了大错位数字散斑干涉的原理及特点,并在此基础上首次提出利用光栅作为错位元件的光栅大错位数字散斑干涉。该方法具有与全息干涉计算相同的灵敏度,光路简单、结构紧凑,波像差小,防震要求低等特点,文中对该方程进行了详细的原理分析与介绍,利用其对典型试件受均布载荷下的离面位移场进行测量,通过理论值与实验结果的比较,表明该方法的可行性,该方法拓宽了散班干涉技术的适用范围,为实际生产中的