数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用

发布时间：2016-11-26 08:43

  本文关键词：数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2012年

数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用

刘小勇  

【摘要】：在现代光学计量技术中，数字图像相关方法已成为一种简单、实用、有效的全场位移与应变定量测量方法。该方法以其光路简单、环境适应性好、测量范围广、自动化程度高等诸多优点已被广泛应用于实验力学及其他科学研究领域。但目前的数字图像相关方法在整像素定位的速度及亚像素求解精度上还存在一定的不足，有待于进一步研究与改进以满足工程测量的要求。 本文针对传统的基于像素点灰度值建立的相关函数及逐点搜索策略对数字图像相关方法整像素定位速度的影响，提出了一种图像不变矩与微粒群算法相结合的整像素搜索算法。该算法首先采用与散斑图具有一一对应关系的不变矩序列建立相关函数，由于散斑图的组合不变矩序列只有6个参数，故采用该相关函数可显著地降低相关计算量；然后采用群体智能算法——微粒群算法对相关函数进行优化求解，进一步提高了计算速度。通过模拟实验验证了该算法进行整像素定位的有效性和可行性。同时应用模拟实验将该算法与目前常用的粗-精法及遗传算法两种整像素搜索算法进行了比较，证明了该算法在完成整像素搜索的基础上具有较高的计算效率。 在实际应用中，环境光照的变化、成像系统偏差的不稳定以及加载过程引起的对比度变化等因素会对散斑图的成像产生耦合的影响，使散斑图像序列间像素点的灰度值产生变化。鉴于此，本文提出了一种基于非线性光流方程的亚像素迭代梯度算法。该算法以非线性函数建立变形前后散斑图像素点间的光流方程，应用迭代最小二乘算法得到变形参数的迭代解。通过模拟实验验证了该算法较已有的迭代梯度算法对环境的变化具有更高的适应性，且由于该算法更符合散斑图像之间真实的灰度变化关系，故在迭代计算时具有更快的收敛速度。最后，通过真实的平移实验，将该算法与曲面拟合法、非迭代梯度法及Newton-Raphson算法进行了对比研究，结果表明本文算法具有更高的精度及环境适应性。 在数字图像相关方法的亚像素位移求解中，图像子集尺寸对求解精度有很大的影响。为了进一步提高亚像素位移求解精度，本文从信息量中熵的概念出发，提出了一种基于香农熵的图像子集尺寸优化选择算法。首先，对不同方式获得的灰度分布显著不同的散斑图进行了分析，揭示了散斑图的熵与位移测量精度的关系，即散斑图的熵越大，亚像素位移的计算精度越高。为散斑图质量的评价提供了一个新的评价参数，，可有效地指导散斑的制作。然后，以图像子集熵为指标，以整幅散斑图的熵为阈值建立了图像子集优化选择算法。最后，通过对6幅熵值完全不同的散斑图模拟位移测量实验，验证了该算法能够有效地提高亚像素位移计算精度，并降低了平均图像子集尺寸。 以本文的数字图像相关理论为基础，建立了基于双像机跟踪的材料力学性能测试系统。通过对标准试件的拉伸实验证明了该系统原理正确，算法可靠且具有较高的测量精度，能够完成多种材料的力学性能测试，具有较好的实用性。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP391.41
【目录】：

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1 王亦平;黄新生;李晓雷;徐婉莹;;一种新的灰度变化不变矩[J];大连海事大学学报;2008年04期

2 戴宜全;何小元;孙泽阳;;改进数字图像相关法测量混凝土柱弯转角[J];工程抗震与加固改造;2010年05期

3 潘兵;谢惠民;;基于差分进化的数字图像相关方法[J];光电子.激光;2007年01期

4 ;DIGITAL SPECKLE CORRELATION METHOD IMPROVED BY GENETIC ALGORITHM[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2003年04期

5 简龙晖,林碧森,刘宁,金观昌,姚学峰;基于小波变换的新型数字散斑相关方法[J];光学技术;2003年02期

6 谢惠民,刘战伟,朱宏伟,方岱宁,戴福隆,尚海霞;单壁碳纳米管力学行为的数字散斑相关法实验研究[J];光学技术;2004年04期

7 潘兵,续伯钦,李克景;梯度算子选择对基于梯度的亚像素位移算法的影响[J];光学技术;2005年01期

8 张伟,吴刚,侯晴宇,武春风;基于不变矩特征匹配的目标定位方法的实现[J];光学技术;2005年03期

9 侯振德,秦玉文;基于图像分形相关位移测量新方法的研究[J];光学学报;2002年02期

10 汪敏;岑豫皖;胡小方;谢能刚;徐德义;;加权窗口在数字图像相关技术中的应用研究[J];光子学报;2008年12期

【共引文献】

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1 吕桂英;朱华;冯雪松;林安;甘复兴;;环境湿度对聚酰胺力学性能的影响及其微观机理探讨[J];工程塑料应用;2006年08期

2 谭海斌;房诚;王永红;;基于Matlab的数字散斑干涉图像处理[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年05期

3 胡传坤;高建民;;木材干燥过程中应力与应变检测方法初探[J];安徽农业科学;2008年06期

4 刘开云;刘保国;徐冲;;基于PSO-BP算法的隧道非线性位移分析模型[J];地下空间与工程学报;2009年02期

5 陈鹏,林铁生,张世良;白光散斑法自动测量微小位移的理论分析[J];北方交通大学学报;1999年05期

6 谭乐祖;任东彦;温巧林;;基于杂交粒子群算法的弹炮混编防空群火力优化模型[J];兵工自动化;2010年02期

7 丁铸;马大为;于存贵;张学锋;;基于禁忌搜索与微粒群优化算法的混合优化策略算法在目标分配问题上的应用[J];兵工学报;2007年09期

8 李燕琴;一种生态旅游者的识别与细分方法——以北京市百花山自然保护区为例[J];北京大学学报(自然科学版);2005年06期

9 董跃;田雨波;;基于PSO-BP算法的微带天线谐振频率神经网络建模[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2009年02期

10 李晓英;郎晓萍;;激光散斑位移测量方法研究[J];北京机械工业学院学报;2008年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 ;Displacement measurements in micro-region with generalized digital speckle correlation method[A];Proceedings of Third International Conference on Experimental Mechanics[C];2001年

2 Dwayne Arola;;Examing the fatigue and fracture behavior of dental materials[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年

3 李鸿琦;王志勇;阮江涛;沈珉;佟景伟;;复合材料层合板单搭接缝合结构力学行为的实验和数值研究[A];复合材料力学的现代进展与工程应用——全国复合材料力学研讨会论文集[C];2007年

4 姜亮靓;翟佳;李青山;;一种释放负离子的天然纳米材料增强丙纶蠕变性研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年

5 ;Research on Shear Stress Distribution in New Wall-typed Bridge Foundation Using Image Correlation[A];Proceedings of 6th International Symposium on Test and Measurement(Volume 7)[C];2005年

6 ;Digital Metallographic Image Correlation Recognition Technique for Micro-deformation Measurement[A];Proceedings of 6th International Symposium on Test and Measurement(Volume 7)[C];2005年

7 ;The researsh of an Improved Displacement Smoothing Technique in Digital speckle correlation method[A];第七届国际测试技术研讨会论文集[C];2007年

8 刘涛;陈浩文;王书宏;黎湘;;基于红外多光谱的空间点目标识别方法研究[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年

9 汤广富;马春实;刘欢;付强;;模糊聚类快速实用方法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年

10 曾莱蓓;孙星明;向凌云;罗纲;;基于虚词变换的文本隐藏信息检测方法研究[A];第八届全国信息隐藏与多媒体安全学术大会湖南省计算机学会第十一届学术年会论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年

3 易吉良;基于S变换的电能质量扰动分析[D];湖南大学;2010年

4 宋清昆;自适应结构优化神经网络控制研究[D];哈尔滨理工大学;2009年

5 高杰;基于过渡金属的超分子光化学传感器识别生物功能性检测物[D];华东理工大学;2010年

6 王富治;视觉检测的几个关键问题研究[D];电子科技大学;2011年

7 赵敏;单目视觉多行人目标检测与跟踪技术研究[D];重庆大学;2010年

8 蒋斌;文本载体信息隐藏及相关技术研究[D];解放军信息工程大学;2008年

9 赵焕东;相位测量轮廓术的理论研究及应用[D];浙江大学;2001年

10 杨甬英;可用于瞬态激光波前畸变实时检测技术的研究[D];浙江大学;2002年

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1 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年

2 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年

3 韩宁;鲁棒性图像水印算法研究[D];辽宁师范大学;2010年

4 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年

5 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年

6 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年

7 陈红娟;基于Turbo码实现BMP图像的信息隐藏研究[D];郑州大学;2010年

8 宋晓玥;基于TDPCA与SPIHT的高光谱压缩和降维算法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 叶铂;基于统计学方法的水面目标特征提取与识别方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 贾磊;H.264编码标准中帧内预测及全零块预判算法研究[D];大连理工大学;2010年

【二级参考文献】

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1 郝政刚,徐超;试验机拉伸夹具设计与探索[J];安徽建筑;2002年02期

2 张驰,范华,任雅萍,谭玉山;相移数字散斑干涉术测量振动模态[J];半导体光电;1998年04期

3 宋竞;黄庆安;唐洁影;;芯片粘接工艺对MEMS性能影响的单元库法模型[J];半导体学报;2006年01期

4 李忠辉,李军,李辉,徐莉,张兴德;红外精确制导技术的现状及发展趋势[J];长春光学精密机械学院学报;2000年04期

5 刘晓华,黄新跃;微机控制材料试验机的干扰源分析及抗干扰措施[J];材料工程;2002年04期

6 赵炯心;吴宗铨;吴嘉麟;;涤纶长丝单丝拉伸性能与复丝拉伸性能的比较[J];中国纺织大学学报;1990年02期

7 李红彦,曾令可;结构陶瓷断裂韧性的测试技术及其研究进展[J];佛山陶瓷;1998年02期

8 罗云标;吴刚;吴智深;张敏;胡显奇;;钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱抗震性能初探[J];工程抗震与加固改造;2009年01期

9 孙伟;何小元;黄跃平;徐振斌;刘雯雯;;拉索模型模态参数识别的实验研究[J];工程力学;2008年06期

10 郑翔;杨福俊;裘安萍;何小元;;双线性振动微陀螺特征频率光学测试和有限元分析[J];工程力学;2009年03期

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1 王晓红;矩技术及其在图像处理与识别中的应用研究[D];西北工业大学;2002年

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1 汤少杰;牟轩沁;张天武;王文庆;;基于感兴趣区域CT重建的运动估计[J];CT理论与应用研究;2011年03期

2 潘金山;苏志勋;王伟;;运动细节估计的光流场方法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2011年08期

3 张建中;何永义;李军;;机器人装配视觉定位应用研究[J];机电工程;2011年08期

4 王捷;刘伊威;蒋再男;刘宏;;一种新型主动视觉系统的研究[J];光学仪器;2009年04期

5 王军;倪骁骅;白福忠;;基于视觉技术的装配机械手定位算法改进[J];煤矿机械;2011年09期

6 范郭亮;苏红旗;王春霞;;基于亚像素的图像超分辨率重建算法研究[J];微计算机信息;2011年08期

7 张坤;许廷发;王平;冯亮;;高精度实时全帧频SURF电子稳像方法[J];光学精密工程;2011年08期

8 史明强;张海翔;鲁正;胡恢军;喻擎苍;;感知二步插值标定方法研究[J];机电工程;2011年08期

9 李保章;崔彦平;;视觉测量中椭圆特征亚像素提取方法的研究[J];机械设计与制造;2011年08期

10 任启宏;邹华东;谢发忠;;一种圆柱形工件精密图像检测及智能分拣系统[J];陕西科技大学学报(自然科学版);2011年03期

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1 张晓川;陈金龙;;扩展数字图像相关方法初值选择及亚像素位移测量[A];力学与工程应用（第十三卷）[C];2010年

2 刘志欣;刘铁岩;张旭东;;一个基于光流场方程的用于视频序列镜头检测的有效算法[A];第十届全国信号处理学术年会（CCSP-2001）论文集[C];2001年

3 雷冬;任青文;王山山;乔丕忠;;数字图像相关技术在拱坝冲击破坏模型试验中的应用[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展（2011年）[C];2011年

4 董育宁;;三维物体表面的亚像素立体测量[A];图像 仿真 信息技术——第二届联合学术会议论文集[C];2002年

5 林刚;邵龙潭;杨松;于斯滢;;三轴试样变形数字图像测量折射影响分析[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年

6 姜立军;熊志勇;李哲林;;基于亚像素特征点提取的螺纹检测粗糙聚类[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年

7 杨淑云;李新;刘永春;;基于图像线路板焊盘拟合及间距测量方法研究[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年

8 刘云华;单新建;屈春燕;;亚像素相位相关法在汶川地震形变估算中的应用[A];中国地震学会空间对地观测专业委员会2011年学术研讨会论文摘要集[C];2011年

9 李欣;王睿;张广军;;方形靶标边缘直线的自动提取方法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年

10 殷永凯;刘晓利;李阿蒙;彭翔;;圆形标志点的亚像素定位及其应用[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 肖冠丁;[N];中国计算机报;2003年

2 滕继濮;[N];科技日报;2007年

3 周童;[N];计算机世界;2008年

4 华文;[N];中国电子报;2001年

5 何小明 编译;[N];中国电子报;2005年

6 村干部;[N];中国电脑教育报;2005年

7 史春鹃;[N];电脑商报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘小勇;数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用[D];吉林大学;2012年

2 吴仲谋;视频编码中亚像素运动补偿技术研究[D];清华大学;2009年

3 黄赞;基于计算机微视觉的微运动测量关键技术研究[D];华南理工大学;2011年

4 朱铮涛;基于计算机视觉图像精密测量的关键技术研究[D];华南理工大学;2004年

5 鲜海滢;基于图像时空梯度的运动目标检测技术研究[D];电子科技大学;2009年

6 陈向伟;机械零件计算机视觉检测关键技术的研究[D];吉林大学;2005年

7 丁兴号;基于小波分析的视觉检测技术研究[D];合肥工业大学;2003年

8 赵波;基于VLSI实现的视频编码关键算法研究[D];西安电子科技大学;2006年

9 金翠云;MEMS平面微运动测量的若干关键技术研究[D];天津大学;2004年

10 孙双花;视觉测量关键技术及在自动检测中的应用[D];天津大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴太广;数字图像相关方法及其应用研究[D];长沙理工大学;2010年

2 伍卫平;图像相关技术的亚像素位移算法与实验研究[D];华中科技大学;2009年

3 孙冰;轴承滚子外径非接触检测系统及算法的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年

4 冯卫东;工业零件形状尺寸图像检测技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年

5 李建安;基于结构光视觉法的野外泥石流运动三维信息测量[D];合肥工业大学;2006年

6 唐守勤;基于数字图像处理精确测量的研究与实现[D];辽宁工学院;2007年

7 刘力双;计算机视觉刀具预调测量仪的研究[D];天津大学;2004年

8 赵文蕾;基于互有位移序列图像的超分辨率复原技术研究[D];燕山大学;2006年

9 何建;纳米流体流场测量中散斑图像处理算法研究[D];南京理工大学;2007年

10 陈光;亚像素级角点提取算法[D];吉林大学;2009年

  本文关键词：数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：194047