数字图像相关中基于可靠变形初值估计的大变形测量

为使数字图像相关方法适用于大变形测量,提出一种变形初值估计方法.通过在变形前图像中第一个计算点附近选择三个或更多特征点并在变形后图像中选择其对应点,利用坐标对应关系获得该点可靠的变形估计值作为Newton-Rapshon方法的迭代初值.该方法可对被测物体存在任意刚体转动或大变形情况下的表面变形进行准确测量,克服了通常的基于整像素位移相关搜索再进行亚像素位移测量的数字图像相关方法在被测物面存在稍大转角或大变形情况下即不能使用的缺点.对存在相对刚体转动图像的位移场和聚丙烯泡沫塑料压缩实验的大变形进行了测量,结果充分显示本文方法的有效性.     

基于GMA光流网络的二维变形测量数字图像相关法初值估计

提出一种利用深度学习提取散斑变形图像位移场的算法。对比几种主流光流网络模型在散斑图像上的计算精度,将全局运动聚合（GMA）光流网络引入数字图像相关法,使用光流网络模型预测的位移场作为亚像素迭代算法的初值,最后结合逆合成高斯-牛顿法计算散斑图像的亚像素位移场。结果表明,与几种主流的数字图像相关算法相比,GMA光流网络初值的计算精度和计算效率更高,适用于大变形测量,是一种兼顾计算速度和精度的变形测量算法。对木块材料进行压缩实验,结果充分显示了所提方法在散斑变形测量中的有效性。     

基于数字图像相关的水下螺旋桨三维变形测量

提出了一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的船用螺旋桨3D变形测量方法.测量系统由双目立体相机、闪光灯和同步装置组成,采用空泡水筒对螺旋桨进行加载.首先,用基于极线约束的自标定方法对系统的外部参数进行标定,以获得桨叶表面的3D位移分布.然后,对重构的桨毂部分进行点云配准,得到变形后螺旋桨叶根部点云的平移向量和旋...     

基于SURF算法的在线三维测量方法

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点,实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上,使投影光栅线垂直运动方向,当物体每移动相同的距离,由CCD采集到相应的变形条纹图,从中提出对应的背景光场,借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配,即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图,从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性,并与在线FTP方法进行了比较,所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一,均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.     

基于相关滤波器的红外弱小目标检测算法EI北大核心CSCD

针对复杂背景下红外图像中低信噪比弱小目标实时检测问题,提出一种基于相关滤波器的红外弱小目标检测算法。该算法将红外目标检测转化为模式分类问题,在离线训练阶段,利用二维高斯模型构造红外小目标训练集,在此基础上训练得到对目标背景具有区分能力的相关滤波器,在线检测阶段,利用滤波器对图像分块进行滤波操作,目标和背景的滤波响应有着显著的差异,最后生成整幅图像的滤波响应置信图以此来判断图像中是否包含目标及其具体位置。在单帧单目标图像、序列图像多目标检测实验结果表明,与经典检测算法相比,所提方法不仅具有更高检测性能,有效降低了虚警概率,而且具有较好的实时性,适用于复杂背景条件下弱小目标的实时检测。     

基于带通滤波成像的高温数字图像相关方法

提出一种用于高温物体表面全场变形测量的高温数字图像相关方法.该方法采用带通光学滤波成像技术以有效减小高温物体表面热辐射对相机采集图像亮度增强的影响,在物体表面温度高达1000℃时仍可获得可被数字图像相关方法直接分析处理的高质量数字图像.用该方法测量了铬镍奥氏体不锈钢在1000℃高温时的全场热变形以及从室温到1000℃温...     

高分辨率遥感图像SIFT和SURF算法匹配性能研究

遥感图像匹配是图像校正、拼接的基础。由于遥感图像特征相似度大,重叠区域小,遥感图像对匹配算法的要求更高。本文首先从特征检测、特征描述和特征匹配三个方面,比较了SIFT算法和SURF算法在计算速度和准确度方面性能,然后研究了算法对遥感图像重叠度、度量距离的要求,并针对SURF算法对特征方向误差敏感的特点,提出一种oSURF算法;最后利用卫星1A级条带遥感图像分析各个算法优劣性。测试结果表明,相比于SIFT算法,SURF算法计算速度为SIFT的3倍,需要的图像重叠宽度仅为1.25倍描述向量尺寸,而在保证同样匹配率的情况下,SIFT算法则需要图像重叠宽度为1.5倍描述向量尺寸。本文提出的oSURF算法在保证计算速度的同时,准确度相对于SURF算法提升5%~10%,因此,oSURF算法更适合1A级条带遥感图像的拼接。     

利用深海回声多途结构匹配估计目标深度EI北大核心CSCD

提出一种利用深海目标回声多途亮点簇时延和幅度结构匹配估计目标深度的方法。目标回声结构是双程信道传递函数和目标声散射函数的卷积,在深海近海面或近海底条件下表现出回声亮点簇的特性,且亮点簇时延幅度结构与目标深度相关,可用于估计目标深度。建立了在深度-距离网格上利用非线性规划代价函数对目标深度进行匹配估计的方法。分别对簇间时延偏差和海水声速剖面(SVP)偏差对匹配估计的影响进行了仿真分析。一次南海冬季试验结果显示,在水深1 km、距离5~8 km条件下,水下40 m处的目标回声呈现出3个时延间隔约0.3 s的亮点簇结构,将其用于目标深度匹配估计的误差范围在0~65 m。     

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.     

大变形下基于数字图像相关的改进分段位移传递法

将数字图像相关方法用于物体表面发生大变形时的图像匹配时,经常因变形区域非线性变形和变形过大而遇到问题。借鉴已有的分段测量思想,提出了一种改进的位移测量方法。该方法根据图像间的相关程度将图像序列中的某一阶段图像重新选取为参考图像,然后将先前匹配得到的该图像上的亚像素子区中心圆整成整像素整坐标,从而可以直利用数字图像灰度分布作为该参考子区的灰度分布进行数字图像相关计算。对像素圆整过程中损失的精度,利用连续介质的变形连续性概念进行精度补偿。另外提出用生长法获取初始匹配点,提高了匹配点对生成效率,并且根据由生长法获取的待匹配点集与由相关计算得到的最优匹配点集之间的比率实现参考图像的自动选取。实验对比和精度分析显示所提方法有效、可靠,匹配精度在0.01 pixel量级。     

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.
关键词:       测量|热变形|数字图像相关方法|板载芯片封装|微机电系统     

基于仿射变换矫正相机抖动的数字图像相关测量方法

随着数字图像相关方法被逐渐应用于远距离工程结构多点挠度监测等任务中,户外等非控制测量场景中的相机抖动成为影响测量精度的主要原因之一.为了消除相机抖动对目标点位移测量的影响,基于描述针孔相机运动的投影模型,建立了远距离下表征相机扰动运动的仿射变换模型,并结合稳定参考点,对相机运动后的图像点坐标进行了校正.为了验证仿射模型...     

针对裂尖变形场测量的包络单元局部数字图像相关方法

使用数字图像相关(DIC)方法测量平滑、准确的裂纹尖端位移场和应变场是学术界难题之一。目前常用的方法为基于子区的局部DIC方法,但其子区跨裂纹计算的结果无意义。经过改进的基于子区分割的DIC方法降低了子区内像素点数量,导致精度降低。提出一种基于Hermite单元的局部DIC(HELDIC)方法,依次分块计算感兴趣区域(ROI),利用较大单元包络分块区域剔除单元边界精度较低的数据,通过调整Hermite单元位置使得剔除的数据量最少,再使用所提改进的逐点最小二乘(PLS)方法平滑分块的位移场并得到应变场,从而提高裂纹尖端应变场的平滑度和精确度。实验结果表明,所提方法与传统局部DIC方法相比获得的变形场距离裂纹尖端及裂纹面更近,且在给定的单元和子区大小下的应变场平均误差降低30%以上,是计算裂尖变形场的有效方法。     

微尺度三维变形测量的显微数字图像相关系统

基于体式显微镜和数字图像相关法,提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定,提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型,该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像,来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系,并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配,并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明,标定结果的平均重投影误差为0.03pixel,位移测量精度优于0.2μm,应变测量误差的标准差不超过100με。同时,实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。     

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,...     

用于浅海有源声呐目标深度估计的匹配相位处理EI北大核心CSCD

针对浅海波导中有源声呐目标深度估计问题,提出了通过单个声源发射低频宽带信号,垂直双接收水听器接收目标回波,利用宽带目标回波比值的相位特征进行匹配相位处理的方法,不仅消除了目标散射特性对有源声呐目标深度估计的影响,而且仅需计算单程的信道传递函数,运算量小,有利于实时处理的实现需求。首先通过理论推导,定义了一个隐含目标深度、且与目标散射特性无关的声场特征——单程传播向量宽带干涉结构,在Pekeris波导条件下仿真分析了简正波阶数与单程传播向量宽带干涉结构的幅度和相位的关系,发现选取较多的简正波阶数贡献的单程传播向量宽带干涉结构进行匹配相位处理可以提高目标深度估计的性能。进一步仿真分析表明,在发射信号选取一定的时间长度和带宽的条件下,利用全部阶简正波且信噪比大于-10 dB时,方法的深度估计误差在5 m之内。最后分析了信号时间长度和处理带宽对有源声呐目标深度估计性能的影响,以及海底声速、海深和声速剖面失配时方法的鲁棒性。     

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。     

基于全滤色片匹配方法的滤色片漫入射光谱透过率评价EI北大核心CSCD

为了获得特定的探测器光谱响应,可以采用全滤色片法对滤色片进行精确匹配.在匹配计算时,通常使用滤色片的垂直光谱透过率作为计算依据;而实际应用中斜入射的光线会导致匹配计算结果和测试结果不一致.本文在光线漫入射条件下对圆柱形状滤色片的漫入射光谱透过率计算方法进行了分析,提出了一种由滤色片垂直入射光谱透过率计算滤色片漫入射光谱透过率的修正模型.设计了双积分球测量装置对滤色片的漫入射透过率进行检测.在该装置下检测不同滤色片的漫入射光谱透过率,并与修正模型计算结果进行对比验证.实验结果表明,修正模型可以在较小误差范围内由滤色片的垂直入射光谱透过率计算其漫入射光谱透过率,应用于全滤色片匹配可以显著提高匹配结果和实际测量结果的一致性.     

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。     

基于时域矩匹配的红外图像自适应非均匀性校正EI北大核心CSCD

非制冷红外焦平面阵列的响应非均匀性通常表现出与条带噪声相类似的特性。基于场景的校正算法是提高图像质量,补偿响应特性漂移的有效措施。在深入研究矩匹配理论的基础之上,提出了一种新的时域矩匹配非均匀性校正方法。利用相邻帧矩匹配后的图像对场景的变化列进行估计,并在时间域对校正参数进行自适应更新。利用真实的红外图像序列验证了该算法在收敛速度和去鬼影方面的优越性和有效性。