数字散斑亚像素小角位移测量的曲面拟合法

与传统测量方法相比,数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性,能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题,研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法,并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析,得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性,为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。     

数字散斑相关方法亚像素求解的一种混合方法

亚像素求解是数字散斑相关方法(DSCM)中最重要的技术。亚像素求解算法的精度和效率直接影响DSCM的精度和计算速度。目前广泛应用的两种亚像素求解方法在处理高质量散斑图时都存在一定的缺陷:基于灰度插值的散斑场亚像素恢复方法,其计算精度较高,但计算消耗太大;基于相关系数分布的拟合方法,其计算消耗小,但计算精度较低。在分析两种亚像素求解方法各自优缺点的基础上,提出了一种结合两种算法优势的混合算法。混合算法在保证亚像素求解精度的基础上,可以大大降低整个算法的计算消耗。     

梯度算子选择对基于梯度的亚像素位移算法的影响

基于梯度的亚像素位移算法中不同的灰度梯度计算方法对计算结果的影响进行了研究,列出了几种常用灰度梯度计算方法,并用对相邻5像素点的离散灰度进行三次样条插值的方法推导出两种灰度梯度算子。然后对计算机模拟生成的散斑图像对用各种梯度算子计算得出的亚像素位移与预先设定的真实值做了比较,给出了相应的均值误差和均值相对误差。最后的真实试件的刚体平移和单向拉伸实验结果表明,Barron算子是所列的几种梯度算法中最为精确、稳定的梯度算子。     

双功能数字散斑干涉位移及空间梯度同时测量

为了满足无损检测中复合材料在复杂载荷下多参数变量评估的需求,提出了一种基于光路复用的双功能数字散斑干涉系统,能够同时实现数字散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量功能.通过控制其中一个反射镜-波片组合,当该组合离位时,构成数字散斑干涉测量光路,实现离面位移测量;当该组合在位时,构成数字剪切散斑干涉测量光路,实现离面位移空间梯度的测量.测量过程中只需简单切换该组合的位置就可以实现单次加载下被测物体表面离面位移及其空间梯度的同时测量.该系统光路结构简单、切换效率高,能够同时获得高质量的位移及空间梯度测量结果.实验证明,双功能数字散斑干涉系统既具备高抗干扰能力,又具备高灵敏度测试能力,适合复合材料无损检测现场使用.     

数字散斑相关测量中亚象素位移搜索的曲面拟合研究

本文介绍一种在散斑相关测量技术中进行亚象素位移搜索的新方法.用对相关系数作曲面拟合的方法来进行亚象素位移搜索,不但可以减少相关分析的运算量从而提高测量分析的速度,而且可以提高测量精度.     

梯度-曲面拟合法的亚像素位移测量算法

数字图像相关方法作为光学测量的一种测量方式在结构变形测量中有广泛应用,其中亚像素位移测量精度成为关键。基于亚像素位移测量精度影响因素的分析,研究了计算子区灰度插值、计算窗口大小以及拟合距离对亚像素位移测量的影响。提出了一种梯度-曲面拟合法的亚像素位移测量算法,即,先采用梯度法计算出结构的亚像素位移,再对计算子区进行亚像素插值,然后调整拟合距离进行亚像素曲面拟合。最后利用计算机模拟算例验证了该方法具有良好的计算效率、计算精度及抗噪声能力。     

斜光轴面内位移测量的数字散斑相关法研究

以工程环境中远距离位移和位移场的光学测量为研究课题,分析了远距离斜光轴成像时,像模糊和成像位置变化对白光数字散斑相关方法产生的影响,给出了这两种影响的误差理论计算公式。提出使用参考测量技术克服斜光轴成像位置变化带来影响,给出一种新的远距离斜光轴高精度测量面内位移的方法,在2～50m处作静载挠度测量,其最大相对误差小于1％,测量精度在实验室环境和工程测量环境中都得到了验证。该方法无需共轴光路的测量环境要求,特别适用于桥梁、高速公路立交桥的静载挠度测量等工程应用。使用高速图像采集卡,该方法可应用于斜光轴动态位移测量,拓展了数字散斑相关方法的应用范围。     

时间序列动态散斑相关跟踪测量原理及其应用

在对散斑场的特性进行研究与分析的基础上,提出了时间序列动态散斑相关跟踪测量法,它弥补了一般散斑相关法不适合大变形测量的缺点,扩大了散斑相关法的应用范围.运用这种方法不仅可以测量大动态范围的面内变形,而且可以测量分析面内动态变形过程和变形速度.     

频率域数字散斑相关方法的研究

提出一种利用二维快速傅里叶变换（ＦＦＴ）经频率域匹配滤波实现数字相关运算以提取散斑图携带位移信息的频率域数字散斑相关方法。该方法因采取快速傅里叶变换、散斑限幅、滤波器优化等措施而减弱了空间域相关方法中不利因素对相关波峰的影响,提出了相关点定位的时效性和精确性。     

基于数字图像相关方法的亚像素位移迭代算法性能

在对图像位移进行测量时,不同亚像素位移迭代算法的性能不同,将反向组合对角近似算法和反向组合Dog-Leg算法用于数字图像相关法并进行位移测量,同时对反向组合Levenberg-Marquardt算法的参数更新策略进行简化,以反向组合高斯牛顿（IC-GN）法作为对比,通过模拟散斑图像和真实散斑图像的压缩变形实验,对3种算法的性能进行对比,并进行相应的评估。实验结果表明：在模拟散斑实验中,各个算法在收敛速度、收敛频率和计算速度上各有不同;在真实实验下,小变形实验得到与IC-GN法相似的精度,大变形实验得到的收敛半径更大。     

高炉送风系统力学行为的数字散斑相关法实验研究

研究高炉送风系统在燃烧、送风、切换状态时热风炉壳的力学性能。首次在热风炉炉壳测试中采用了高精度的数字散斑相关技术,利用自然光对热风炉壳进行了非接触式测量,得到了由于温度引起的轴向和环向的变形、应变及热应力等力学参量,光测结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术应用于测量恶劣环境下力学参量有效,方法实用,较好地解决了热风炉壳的力学测试工作。     

Application of an improved subpixel registration algorithm on digital speckle correlation measurement

Digital speckle correlation method (DSCM) has been widely used in experimental mechanics to obtain the surface deformation fields. One of the challenges in practical applications is how to obtain the high accuracy with far less computation complexity. To determine the subpixel registration of the DSCM, a high efficient gradient-based algorithm is developed in this paper. The principle is described and four different modes of the algorithm are given. Based on computer-simulated images, the optimal mode of the algorithm is verified through the comparison of computation time, optimal subset-region size and sensitivity of the four modes. The influences of speckle-granule size and speckle-granule density on accuracy are studied and a quantitative estimation of the optimal speckle-granule size range is obtained. As the applications of this method, the practical deformation measurements with the rigid body translation and rotation as well as an experiment on biomechanics are presented to certify the feasibility and the validity of the algorithm.     

基于数字散斑相关法的岩石材料力学性能的测试

岩石在外力作用下会发生形变,发现和了解岩石材料的形变、应力分布等对避免灾害会起到重要的预警作用。采用高精度的数字散斑相关技术,对岩石材料形变、应力和应变进行了非接触式测量。为验证实验结果的有效性,电阻应变计贴附于采集区附近并且实验结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术能够用于岩石等材料的形变检测,预报变形信息,结果可以定量和定性显示。     

一种改进的数字散斑相关方法用于检测人的口型变化

提出了一种基于数字散斑相关测量技术的口型变化检测技术,该技术以白光数字散斑相关测量方法为基础,根据实际应用的需要,引入重心算法并进行了改进,可以实时地检测人说话时的口型变化。通过实验表明,提出的方法是一种实用的、快速、高精度的口型变化测试方法,可为今后的唇语识别技术奠定基础。     

预测搜索算法在图像相关中的应用

数字散斑相关方法在亚像素测量过程中运算量大,在对实时性要求较高的系统中该方法的应用受到了限制。提出了一种原理简单、搜索速度快、精度高的预测搜索算法,介绍了预测搜索算法的原理,并给出预测位移的公式。通过实验验证了对算法的精度、效率和鲁棒性,说明对数字散斑相关方法进行优化后,既不损失亚像素位移的计算精度又提高了图像处理的效率。     

A subpixel motion estimation algorithm based on digital correlation for illumination variant and noise image sequences

One of the challenges in practical subpixel motion estimation is how to obtain high accuracy with sufficient robustness to both illumination variations and additive noise. Motivated by the fact that the normalized spatial cross-correlation is invariant to illumination, we introduce a gradient-based subpixel registration method by maximizing the digital correlation (DC) function between the reference and target frames. Such DC function is remodeled with the presence of image noise, yielding that the correlation coefficient is only sensitive to noise standard variance. To fairly suppress the noise corruption, not only the target frame but also the reference one is reformulated into Taylor gradient expression with half but opposite motion vector. The final solution to motion estimates can be approximated into a closed form by reserving first-order coefficient terms of unregistered motion variables. The error trend of approximated solution is discussed. Computer simulations and actual experiments’ results demonstrate the superiority of the proposed method to the LMSE-based method and ordinary DC method when illumination variations and noise exist. Among the experiments, the influences of real subpixel translation value and noise variance degree on accuracy are studied; correspondingly, an optimized iterative idea for big translations and the recommended noise level adaptive to our method are introduced.     

基于形态学的人工标志中心亚像素定位方法研究

在使用圆形人工标志的计算机视觉检测中,标志的定位精度直接影响到检测的整体精度。以往的中心定位算法对人工标志的中心定位精度差、速度慢,已不能满足精密、快速的检测要求。在经典数学形态学的基础上提出采用改进的扩展形态学的方法提取圆形人工标志的边缘,通过最小二乘拟合方法计算人工标志中心。该方法具有精度高和速度快的优点。实验表明其定位精度在0.02~0.03像素之间,能够满足高精度计算机视觉检测的要求。     

数字图像散斑相关技术的蚁群优化方法

基于蚁群优化方法提出新的数字图像散斑相关算法。该方法模仿了真实蚂蚁从其巢到食物找到最短路径的方式,通过对蚁群优化方法改进,减少迭代次数并改善解的质量。将新的数字图像散斑相关算法应用到计算机模拟的散斑图像和实验获得的散斑图像中,并与广泛使用的Newton-Raphson算法进行了比较。实验结果展示了新算法的精度、可行性和有效性。当数量级为0.01像素,误差离散均方根小于0.002像素。