数字图像相关方法在应变测量中的应用研究
发布时间：2021-04-24 14:47
数字图像相关（Digital Image Correlation,DIC）方法是一种光测力学变形测量方法。它通过图像匹配的方式来分析物体表面变形前后的散斑图,跟踪散斑图上几何点的运动获得位移场,在此基础上计算得到应变场。DIC方法在平面问题中已经具有很多成功的应用经验,并越来越多的应用于相关的工程变形测量中。论文尝试将DIC方法扩展到岩石带围压的三轴试验中。对于三维问题,基于DIC技术的应变测量方法,目前尚无成熟的技术。针对此现状,论文另辟蹊径,将柱面散斑图像变换成二维平面散斑图像,利用成熟的二维散斑识别技术来解决岩石三轴试验变形测量问题。即尝试利用双相机的双目视觉测试原理,将圆柱试件表面上的散斑在变形前后的三维坐标全部测量出来。通过将各时刻试件表面的散斑图像展开成二维的平面散斑图像,计算出试件表面应变,再通过映射方法,将应变映射到圆柱试件表面。论文为此进行了三维表面测量、相机标定、镜头畸变校正和图形映射等研究。论文同时对二维DIC算法的五个重要方面展开了综合性研究,包括位移表征模式、相关系数、搜索方法、亚像素求解方法和应变计算方法。针对基于位移场的局部最小二乘拟合法来计算应变场的方法...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 选题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 理论及算法研究
1.2.2 工程应用研究
1.3 本文主要研究内容
2 三轴圆柱试件表面散斑的DIC识别及平面展开
2.1 圆柱表面散斑定位及圆柱表面散斑向平面映射
2.1.1 基于双目摄影技术的圆柱表面散斑的三维定位
2.1.2 圆柱拟合数学模型
2.1.3 圆柱表面散斑向平面映射
2.2 数字图像相关方法的测试原理
2.2.1 试件准备
2.2.2 加载前后图像采集
2.2.3 数字图像相关运算
2.3 本章小结
3 数字图像相关方法的基础理论
3.1 虚拟二维散斑图像的位移表征模式
3.1.1 虚拟二维散斑图像的零应变位移模式
3.1.2 虚拟二维散斑图像的常应变位移模式
3.1.3 虚拟二维散斑图像的基于节点的位移模式
3.2 相关系数
3.3 相关搜索方法
3.3.1 整像素位移相关搜索
3.3.2 粗细搜索法
3.3.3 十字搜索法与爬山搜索法
3.3.4 邻近域搜索法
3.4 亚像素位移求解方法
3.4.1 基于二次曲面拟合的亚像素位移算法
3.4.2 基于梯度的亚像素位移算法
3.4.3 Newton-Raphson迭代算法
3.5 基于位移场的应变计算方法
3.5.1 基于二维一次函数的局部最小二乘拟合法
3.5.2 基于二维二次函数的局部最小二乘拟合法
3.6 本章小结
4 三轴圆柱试件的应变场测量模拟分析
4.1 生成模拟散斑图
4.2 应变场测量模拟分析
4.2.1 均匀应变场
4.2.2 非均匀应变场
4.2.3 拟合函数对应变测量误差的影响
4.3 本章小结
5 相机标定及测量实验
5.1 相机标定原理及方法
5.1.1 相机标定原理
5.1.2 单目标定方法
5.1.3 双目标定方法
5.2 图像畸变校正
5.2.1 畸变校正原理
5.2.2 图像畸变校正
5.3 测量实验
5.3.1 实验测量过程
5.3.2 实验结果分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于坐标转换的三维空间圆柱面拟合[J]. 田晓,李全海. 工程勘察. 2014(12)
[2]数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用[J]. 杭超,杨广,李玉龙,于起峰,郭亚洲. 航空学报. 2013(10)
[3]A BRIEF REVIEW AND PROSPECT OF EXPERIMENTAL SOLID MECHANICS IN CHINA[J]. Xide Li 1 Huimin Xie 1 Yilan Kang 2 Xiaoping Wu 3 (1 Department of Engineering Mechanics,AML,Tsinghua University,Beijing 100084,China) (2 Department of Mechanics,School of Mechanical Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China) (3 CAS Key Laboratory of Mechanical Behaviour and Design of Materials,University of Science and Technology of China,Hefei,Anhui 230027,China). Acta Mechanica Solida Sinica. 2010(06)
[4]数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用[J]. 陈凡秀,何小元. 光子学报. 2010(11)
[5]近40年光力学进展的回顾[J]. 伍小平. 实验力学. 2010(05)
[6]数字图像相关方法中散斑图的质量评价研究[J]. 潘兵,吴大方,夏勇. 实验力学. 2010(02)
[7]基于Matlab的双目CCD标定[J]. 韩国阁,柴晓冬,郑树彬,李立明. 上海工程技术大学学报. 2010(01)
[8]利用双目视差理论的摄像机参数标定方法[J]. 郭艾侠,邹湘军,卢俊,邹海鑫,孙权. 计算机工程与应用. 2009(13)
[9]数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量[J]. 潘兵,谢惠民. 光学学报. 2007(11)
[10]铝合金对接焊缝几何云纹干涉测量法和数字相关方法应变测试研究[J]. 杨国标,朱启荣,曾伟明,朱金龙. 计量学报. 2007(03)
博士论文
[1]数字散斑相关方法及其在工程测试中的应用研究[D]. 赵健.北京林业大学 2014
[2]数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用[D]. 刘小勇.吉林大学 2012
[3]数字图像相关及其在若干工程测试中的应用[D]. 张蕊.华南理工大学 2011
[4]数字散斑相关方法理论和应用研究[D]. 陈俊达.清华大学 2007
[5]数字散斑相关方法的研究和应用[D]. 孟利波.清华大学 2005
[6]数字散斑相关方法及其在力学测量中的应用[D]. 高建新.清华大学 1989
硕士论文
[1]人体重量一维分布测量系统的精度保障与实用化研究[D]. 聂书严.重庆大学 2015
本文编号：3157550
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 选题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 理论及算法研究
1.2.2 工程应用研究
1.3 本文主要研究内容
2 三轴圆柱试件表面散斑的DIC识别及平面展开
2.1 圆柱表面散斑定位及圆柱表面散斑向平面映射
2.1.1 基于双目摄影技术的圆柱表面散斑的三维定位
2.1.2 圆柱拟合数学模型
2.1.3 圆柱表面散斑向平面映射
2.2 数字图像相关方法的测试原理
2.2.1 试件准备
2.2.2 加载前后图像采集
2.2.3 数字图像相关运算
2.3 本章小结
3 数字图像相关方法的基础理论
3.1 虚拟二维散斑图像的位移表征模式
3.1.1 虚拟二维散斑图像的零应变位移模式
3.1.2 虚拟二维散斑图像的常应变位移模式
3.1.3 虚拟二维散斑图像的基于节点的位移模式
3.2 相关系数
3.3 相关搜索方法
3.3.1 整像素位移相关搜索
3.3.2 粗细搜索法
3.3.3 十字搜索法与爬山搜索法
3.3.4 邻近域搜索法
3.4 亚像素位移求解方法
3.4.1 基于二次曲面拟合的亚像素位移算法
3.4.2 基于梯度的亚像素位移算法
3.4.3 Newton-Raphson迭代算法
3.5 基于位移场的应变计算方法
3.5.1 基于二维一次函数的局部最小二乘拟合法
3.5.2 基于二维二次函数的局部最小二乘拟合法
3.6 本章小结
4 三轴圆柱试件的应变场测量模拟分析
4.1 生成模拟散斑图
4.2 应变场测量模拟分析
4.2.1 均匀应变场
4.2.2 非均匀应变场
4.2.3 拟合函数对应变测量误差的影响
4.3 本章小结
5 相机标定及测量实验
5.1 相机标定原理及方法
5.1.1 相机标定原理
5.1.2 单目标定方法
5.1.3 双目标定方法
5.2 图像畸变校正
5.2.1 畸变校正原理
5.2.2 图像畸变校正
5.3 测量实验
5.3.1 实验测量过程
5.3.2 实验结果分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于坐标转换的三维空间圆柱面拟合[J]. 田晓,李全海. 工程勘察. 2014(12)
[2]数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用[J]. 杭超,杨广,李玉龙,于起峰,郭亚洲. 航空学报. 2013(10)
[3]A BRIEF REVIEW AND PROSPECT OF EXPERIMENTAL SOLID MECHANICS IN CHINA[J]. Xide Li 1 Huimin Xie 1 Yilan Kang 2 Xiaoping Wu 3 (1 Department of Engineering Mechanics,AML,Tsinghua University,Beijing 100084,China) (2 Department of Mechanics,School of Mechanical Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China) (3 CAS Key Laboratory of Mechanical Behaviour and Design of Materials,University of Science and Technology of China,Hefei,Anhui 230027,China). Acta Mechanica Solida Sinica. 2010(06)
[4]数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用[J]. 陈凡秀,何小元. 光子学报. 2010(11)
[5]近40年光力学进展的回顾[J]. 伍小平. 实验力学. 2010(05)
[6]数字图像相关方法中散斑图的质量评价研究[J]. 潘兵,吴大方,夏勇. 实验力学. 2010(02)
[7]基于Matlab的双目CCD标定[J]. 韩国阁,柴晓冬,郑树彬,李立明. 上海工程技术大学学报. 2010(01)
[8]利用双目视差理论的摄像机参数标定方法[J]. 郭艾侠,邹湘军,卢俊,邹海鑫,孙权. 计算机工程与应用. 2009(13)
[9]数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量[J]. 潘兵,谢惠民. 光学学报. 2007(11)
[10]铝合金对接焊缝几何云纹干涉测量法和数字相关方法应变测试研究[J]. 杨国标,朱启荣,曾伟明,朱金龙. 计量学报. 2007(03)
博士论文
[1]数字散斑相关方法及其在工程测试中的应用研究[D]. 赵健.北京林业大学 2014
[2]数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用[D]. 刘小勇.吉林大学 2012
[3]数字图像相关及其在若干工程测试中的应用[D]. 张蕊.华南理工大学 2011
[4]数字散斑相关方法理论和应用研究[D]. 陈俊达.清华大学 2007
[5]数字散斑相关方法的研究和应用[D]. 孟利波.清华大学 2005
[6]数字散斑相关方法及其在力学测量中的应用[D]. 高建新.清华大学 1989
硕士论文
[1]人体重量一维分布测量系统的精度保障与实用化研究[D]. 聂书严.重庆大学 2015
本文编号：3157550
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3157550.html
