基于数字图像相关法的微位移测量研究

发布时间：2022-01-03 01:03

　　数字图像相关法作为一种高精度的非接触式全场位移和应变测量方法,在航空航天、无损检测、高温环境下的变形测量、微位移测量等方面得到了推广应用。数字图像相关法原理是对试件变形前后表面散斑图进行局部区域相似度计算,来获取位移和应变场,影响其计算效率和测量精度的因素主要有:测量环境光照的变化、散斑图像的成像质量、特征的选取、搜索算法的选择、计算窗口的大小。现有算法在求解效率和抗干扰性方面存在一些不足。为了使数字图像相关法更好地满足工程应用要求,本文提出了下列改进。针对传统数字图像相关法受测量环境的光强变化影响大的问题,提出一种基于中心对称局部二元模式（CS-LBP）的数字图像相关法。首先,在试件变形前图像中选定模板子区,提取其CS-LBP特征,根据该特征在变形后图像中查找与之匹配度最高的目标子区,利用模板子区和目标子区在图像坐标系下的相对关系计算物体位移信息。模拟散斑实验和刚体平移实验的结果表明,该算法有效的提高了数字图像相关法对光强变化的鲁棒性。针对Newton-Raphson（N-R）法计算亚像素位移时耗时长,且受位移初值影响大的问题,提出一种基于SURF与GPU加速的数字图像相关法。首先,... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不锈钢压断实验装置

西南交通大学硕士研究生学位论文第5页图1-2塑性变形引起马氏体转变1.3论文的主要内容1.3.1课题来源课题来源于中国空气动力研究与发展中心xxx国防预研项目，旨在运用数字图像处理技术对高温环境下物体的力学性能进行系统研究。1.3.2本文主要内容本文参考大量国内外的相关文献资料，介绍数字图像相关法的理论研究及工程应用现状，并阐述数字图像相关法的原理及关键技术的实现过程。从已有研究可看出，提高测量精度、计算效率和抗干扰性是数字图像相关法发展的方向。本文在已有理论的基础上，结合LBP（LocalBinaryPattern）描述的抗光照干扰性，提出基于CS-LBP（CentersymmetricLocalBinaryPattern）的数字图像相关法，进行模拟散斑实验和刚体平移实验证明了算法的有效性；结合SURF（SpeedUpRobustFeatures）的快速计算性和GPU（GraphicsProcessingUnit）强大的浮点运算能力，提出基于SURF和GPU加速的数字图像相关法，并通过圆柱体压缩实验验证了算法的可行性。具体章节安排如下：第一章介绍了论文的选题背景，并通过查阅大量的文献，总结了数字图像相关法的理论研究及工程应用现状。第二章详细的介绍了数字图像相关法的基本理论，阐述了实现位移和变形测量关键

西南交通大学硕士研究生学位论文第7页第二章数字图像相关法技术基础数字图像相关法具有全场测量、非接触的特点。该方法提取试件变形前后表面的散斑图像，将其转化为灰度信息，并进行相似度运算，获得试件表面的变形场和应变场信息。相似度运算的过程为：首先选择一组变量来表示物体被测区域的位移和变形，构建一个表征局部区域相似度的数学模型[38]，以此为标准计算在目标图像中选定子区与基准图像中选定子区的匹配度，最后选取一种高效的全局搜索算法，依据匹配子区在空间域的信息，计算得到试件的位移和应变信息。理论上，依据试件不同状态的散斑图像，且这些图像具有不同信噪比的散斑信息，运用数字图像相关法提取试件变形参数，可实现试件变形的非接触式测量。相似度运算中数学模型的选取是数字图像相关法的核心问题，它直接影响计算耗时和测量精度。2.1散斑概述散斑图像是数字高度密集化的散斑场[39]。光源照射在物体表面后，根据惠更斯原理，物体表面的每一点均作为独立的点光源，物体表面上无规则、凹凸不平、大小不一的局部区域散射出大量子波，这些散射子波的相位、振幅存在差异，在不同的局部区域产生干涉。若该物体表面某一点处子波的相位差符合叠加效应，该点表现为亮点；反之，则为暗点。散射子波的相位的分布具有高度的随机性，因此，在物体表面形成大量明暗相间、大小不一且随机分布的亮暗斑点，这种具有分布随机性的亮暗斑点聚集在物体表面形成散斑[40]，散斑形成原理如图2-1所示。图2-1散斑形成原理图

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本文编号：3565245