频域增采样技术及位移定位方法的研究
发布时间：2021-04-10 07:39
数字图像相关法具有非接触式、全场检测和全数字化等特点,被广泛应用于多学科的研究和工程测量领域。目前对数字图像相关法的研究主要在空域中进行,在频域方面的研究工作尚无大的突破,其主要原因之一是未能有效地获取亚像素的频谱信息。本文从频域角度出发,基于增采样技术提出了一套完整的位移定位方法。本文取得的主要研究结论和成果如下。本文基于频域法的两种形式——单峰法和双峰法,对增采样技术进行了研究,使扩张后的频谱范围能分辨到位移亚像素级别,为后续的精确位移定位奠定了基础。为克服直接使用增采样技术引起的计算效率低,甚至因计算机内存不够而无法运行的问题,提出在初始频谱峰值点为中心3×3范围内应用增采样技术的方法——峰值定位法。峰值定位法按1/k的倍数关系由粗到细快速进行位移定位。为抑制噪声对频谱值的影响,对最后一步获取的频谱数据进行二次曲面拟合,进一步提高了位移定位精度。由于频域法是对有限尺寸的窗口图像进行傅里叶变换,在频域内会产生频谱泄露问题。为减弱频谱泄露对频谱值的干扰,在频域法进行傅里叶变换前,对被变换数据作用一合适的窗函数。文中对四种窗函数的频谱性质进行了讨论,通过模拟实验发现进行加窗运算后位移定...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
散斑图：(a)变形前；(b)变形后
(a) (b)图 2-1 散斑图：(a) 变形前；(b) 变形后按上述方法选取散斑图中 101×101 的计算窗口进行计算，最终得到的频谱 2-2 所示。本文中 x 方向指图像水平方向，y 方向为图像竖直方向。因最终生成谱图为单峰冲激函数形式的图像，本文称此法为单峰法。
需要注意的是，虽然理论上有下式*** *( , ) exp i2 ( )( , )( , ) ( , )exp i2 ( )udx vdyF u vG u v M NF u v F u vudx vdyM N (2-10)然而实际中如果采用式(2-10)来得到互功率谱图，算法的鲁棒性不及采用式(2-8)。一方面，当 G*(u,v)/F*(u,v)的分母部分 F*(u,v)的频谱值趋近于零值时，G*(u,v)/F*(u,v)的频谱值将趋于无穷大。另一方面，在理论推导中是假定变形后的图像严格满足g(x,y)=f(x-dx,y-dy)的，而实际获取的变形前后图像不可避免的受到环境噪声、光照强度等因素的影响，即 g(x,y)不可能严格等于 f(x-dx,y-dy)。因而直接利用式(2-10)无法完全去除幅值部分，得到将不再是只包含纯相位信息的矩阵，对其作傅里叶变换后得到的频谱图中可能出现峰值错乱现象。采用式(2-10)对水平方向位移为 3pixel 的散斑图进行计算，最终得到的频谱图如图 2-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自标定数字图像相关技术的榫卯构件大面积全场变形测量[J]. Mohammed Mokhtar Eisa,邵新星,钱帅宇,王文波,邱洪兴,何小元. 东南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]基于DIC方法研究钢筋混凝土裂缝扩展规律分析[J]. 赵亚军,窦远明,崔立杰. 混凝土. 2017(05)
[3]数字图像散斑相关技术的蚁群优化方法[J]. 蒋志年. 应用光学. 2012(03)
[4]数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究[J]. 孙伟,何小元. 南京航空航天大学学报. 2009(02)
[5]光弹性技术测试应力[J]. 冯小琴,宋文爱,马锦红. 电子测试. 2009(02)
[6]数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究[J]. 潘兵,谢惠民,戴福隆. 力学学报. 2007(02)
[7]数字散斑相关技术进展及应用[J]. 金观昌,孟利波,陈俊达,马少鹏,张军. 实验力学. 2006(06)
[8]插值和相位相关的图像亚像素配准方法[J]. 刘卫光,崔江涛,周利华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2005(06)
[9]梯度算子选择对基于梯度的亚像素位移算法的影响[J]. 潘兵,续伯钦,李克景. 光学技术. 2005(01)
[10]The improved genetic algorithms for digital image correlation method[J]. 唐晨,刘铭,闫海青,张桂敏,陈湛青. Chinese Optics Letters. 2004(10)
本文编号：3129251
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
散斑图：(a)变形前；(b)变形后
(a) (b)图 2-1 散斑图：(a) 变形前；(b) 变形后按上述方法选取散斑图中 101×101 的计算窗口进行计算，最终得到的频谱 2-2 所示。本文中 x 方向指图像水平方向，y 方向为图像竖直方向。因最终生成谱图为单峰冲激函数形式的图像，本文称此法为单峰法。
需要注意的是，虽然理论上有下式*** *( , ) exp i2 ( )( , )( , ) ( , )exp i2 ( )udx vdyF u vG u v M NF u v F u vudx vdyM N (2-10)然而实际中如果采用式(2-10)来得到互功率谱图，算法的鲁棒性不及采用式(2-8)。一方面，当 G*(u,v)/F*(u,v)的分母部分 F*(u,v)的频谱值趋近于零值时，G*(u,v)/F*(u,v)的频谱值将趋于无穷大。另一方面，在理论推导中是假定变形后的图像严格满足g(x,y)=f(x-dx,y-dy)的，而实际获取的变形前后图像不可避免的受到环境噪声、光照强度等因素的影响，即 g(x,y)不可能严格等于 f(x-dx,y-dy)。因而直接利用式(2-10)无法完全去除幅值部分，得到将不再是只包含纯相位信息的矩阵，对其作傅里叶变换后得到的频谱图中可能出现峰值错乱现象。采用式(2-10)对水平方向位移为 3pixel 的散斑图进行计算，最终得到的频谱图如图 2-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自标定数字图像相关技术的榫卯构件大面积全场变形测量[J]. Mohammed Mokhtar Eisa,邵新星,钱帅宇,王文波,邱洪兴,何小元. 东南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]基于DIC方法研究钢筋混凝土裂缝扩展规律分析[J]. 赵亚军,窦远明,崔立杰. 混凝土. 2017(05)
[3]数字图像散斑相关技术的蚁群优化方法[J]. 蒋志年. 应用光学. 2012(03)
[4]数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究[J]. 孙伟,何小元. 南京航空航天大学学报. 2009(02)
[5]光弹性技术测试应力[J]. 冯小琴,宋文爱,马锦红. 电子测试. 2009(02)
[6]数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究[J]. 潘兵,谢惠民,戴福隆. 力学学报. 2007(02)
[7]数字散斑相关技术进展及应用[J]. 金观昌,孟利波,陈俊达,马少鹏,张军. 实验力学. 2006(06)
[8]插值和相位相关的图像亚像素配准方法[J]. 刘卫光,崔江涛,周利华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2005(06)
[9]梯度算子选择对基于梯度的亚像素位移算法的影响[J]. 潘兵,续伯钦,李克景. 光学技术. 2005(01)
[10]The improved genetic algorithms for digital image correlation method[J]. 唐晨,刘铭,闫海青,张桂敏,陈湛青. Chinese Optics Letters. 2004(10)
本文编号：3129251
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