数字图像相关的噪声导致系统误差及散斑质量评价标准

数字图像相关中散斑质量评价标准应该综合考虑系统误差和随机误差的作用。之前的工作考虑了无图像噪声情况下插值引起的系统误差,本文则进一步研究了有图像噪声情况的系统误差,并与随机误差综合考虑提出了完善的散斑质量评价参数。本文推导了有噪声情况下系统误差的解析形式,揭示了噪声引入系统误差产生的内在本质在于插值引起噪声不确定性对亚像素位置的依赖。依据理论分析,插值噪声耦合函数的概念被引入,它由插值基函数平移平方和的斜率决定,表征了噪声引入系统误差随亚像素位置的变化。插值耦合函数将之前的研究成果纳入统一的理论体系,并从本质上解释了高阶B-样条插值对应的噪声引起系统误差较小的现象。数值模拟与本文的理论分析显示一致,在真实的亚像素平移实验验证中,本文将公式推广到非均匀噪声情况,并与实验结果获得了较好的吻合。基于对系统误差的理论分析,综合考虑系统误差和随机误差影响,提出了两种计算误差评估参数:总误差的最大值和平方平均值,并提出了快速估计算法且通过数值模拟进行了验证。计算误差评估参数实际也是一种散斑质量评价参数,提出的评估参数弥补了现存散斑质量评价参数未足够考虑插值影响的缺陷,是更完善的散斑质量评价标准。本文应用新提出的散斑评价参数对一些常见散斑图进行了评价,并将其用于对模拟散斑图的优化。     

数字云纹条纹图的形成及其相位分析

就载波云纹法的变形数字云纹条纹图的形成及其相位提取进行了分析。     

基于微分算子的边缘检测法在基因芯片图像识别中的应用

一种基于梯度算子和拉普拉斯算子检测医学基因芯片荧光数字图像边缘的方法．数字图像经过图像增强等预处理以后，突出了我们感兴趣的数字图像特征，根据数字图像灰度变化的趋势，用灰度变化的一阶导数(梯度算子)检测图象中的边缘区域；用灰度变化的二阶导数确定图像边缘的中心位置．最后根据某些预定的准则把满足这些准则的象素组成一条边缘．     

图像压缩技术的发展

由于数字图像含有大量的数据，为减少存储空间与提高传输速度，采用数据压缩是必需的。按照编码方法是否利用信宿（人的眼睛）特性对它们进行了分类，简要介绍了各种图像压缩技术的理论指导思想与实现方法。     

致密砂岩孔隙结构预测

孔隙结构对岩石弹性性质有着重要影响。因此,利用有效介质理论模型计算岩石弹性模量时必须要考虑这一因素。自洽等效介质理论通过改变模型中孔隙形状及其含量来计算岩石的弹性模量,进而得到岩石纵波速度。提出一种反向自洽模型(RSCM),利用该模型可通过岩样孔隙度和纵波速度预测岩样的等效孔隙结构及其含量。为验证其正确性,实验室测量了9块干燥砂岩样品的孔隙度和速度,并利用该方法估计了该组样品的孔隙形状参数(α)及其含量,而且利用X-CT对该组样品进行扫描成像分析其内部孔隙结构,并与预测结果进行对比分析。结果显示,预测结果和观测结果比较一致,从而证明RSCM方法的可行性。     

基于光斑投影3D-DIC的动态液面波高场测量方法研究

动态液面波高场测量与面型三维重建是流体力学、晃荡动力学等研究领域中的重要问题,但目前仍缺乏一种简易且高效的高精度全场测量手段.基于光斑投影和三维数字图像相关(3D digital image correlation, 3D-DIC)原理,提出了一种动态液面波高场的测量方法.通过液体染色和光斑投影,在液体表面形成光斑纹理,设置双目相机拍摄动态液面的散斑图像.运用交比不变性标定板及张正友标定法获得双目相机内外参矩阵,并基于反向组合高斯牛顿(inverse-compositional Guass-Newton, IC-GN)的3D-DIC算法实现动态液面波高场的高精度三维重构.进一步建立光斑投影的几何光学模型,模拟规则波液面的双目图像,开展数值模拟测量以验证本方法的理论精度,同时开展真实液面波高场的测量验证.结果表明,本方法可实现动态液面波高场的高精度全场测量,模拟液面测量的均方差为0.004 mm,真实静态液面抬升测量的均方差为0.022 mm,真实动态液面测量的均方差小于0.037 mm.本文方法具有高精度、非接触和全场测量等优势,可在实验室流体测量和相关工程场景中推广应用.     

破片冲击作用下油箱动力学响应行为实验研究

研究了破片冲击作用下的油箱动力学响应行为.通过开展弹道冲击实验,使用高速摄像机对实验过程进行记录,利用三维数字图像相关技术测试了后壁板的响应历史,分析了油箱在不同破片入射速度下的毁伤形式及动态响应行为.结果表明:当破片以955~1 667 m/s的速度冲击油箱时,前壁板的损伤形式为圆形孔洞,后壁板损伤形式为花瓣形破口;随着破片入射速度的提升,后壁板的动态响应速度和应变水平都有了显著提升;后壁板的动态响应主要包括后壁板中心区域塑性变形和后壁板整体变形两个阶段;随着后壁板变形程度增大,在对角线和板边位置处产生了塑性铰线.     

基于机器视觉和数字图像相关技术的混凝土损伤演化研究

提出一种在试件损伤过程中,以数字图像方法所得应变场为基础,采用机器视觉识别快速获得对应损伤状态下试件表面裂缝分布的裂缝自动识别检测（Automated Crack Detection and Measurement,ACDM）方法. 采用三点弯曲试验,以夹式位移计测量裂缝口张开位移（Crack Mouth Opening Displacement,CMOD）作为参考用真实值,对ACDM的精度进行分析. 结果显示,CMOD小于0.05 mm时,ACDM识别的误差小于0.01 mm,ACDM方法可用于分析微裂缝尺度的混凝土损伤情况. 通过3组不同强度混凝土立方体试件的压缩试验,采用ACDM方法所得裂缝面积直接表征损伤指标来反映试件的损伤演化情况. 结果表明,在宏观裂缝出现之前,在不同损伤阶段下由ACDM方法所得损伤指标,对应数值变化均大于10-3,与目前表征损伤应变场的不均匀性变异系数（Cv）相比更为灵敏和准确.     

基于数字图像的直线度误差评定系统可视化研究

为了实现小尺寸精密零件直线度误差的快速准确评定,设计了一套基于数字图像的直线度误差评定系统。分析比较直线度误差的评定方法,提出一种满足最小包容区域法的直线度误差评定的方法——区域-距离改进算法。介绍了该算法的原理,以采集的数字图像为例,设计了直线度误差评定系统,实例计算结果表明,该方法评定精度高,易于实现,并可以实现测量结果的可视化。