基于数字散斑的便携式形变测量系统研究

发布时间：2020-04-02 08:13

【摘要】：数字散斑相关法可实现非接触、高精度测量,因此被广泛地应用于实验力学和化学分析等相关领域。国内外研究者利用该方法进行研究时,大多是在计算机上对拍摄的待测物照片进行相关图像处理和计算,无法真正地做到便携式实时测量。论文研究了一种基于数字散斑相关法的便携式实时测量系统,用于测量物体发生形变时的面内微位移。论文提出了一种便携式测量系统的研究方案,并对系统所用的相关算法进行了研究,提出了一种能减小计算误差的相关性计算方法。分析了计算窗口大小对相关系数和计算误差的影响,找到了最佳计算窗口的大小。提出用ARM嵌入式系统代替计算机进行图像处理和相关测量,利用激光测距模块与角度测量模块完成了距离的标定,通过屏幕按键操作控制系统完成测量功能。研究了一款散斑APP软件,可用手机连接WIFI远程控制系统进行测量,消除了按键操作带来的系统抖动。研究表明,通过提高相关系数公式的次方,既能在整像素搜索时有效地避免陷入局部最大,又能减小亚像素计算的误差,可将计算误差减小21.66%。系统重1.008kg,大小为196mm×132mm×50mm,续航时间约为2.6h。最终测试数据表明,系统可实现50m以内不同距离下的形变测量,测量精度在10m以内高于0.2mm,测量误差小于5%,单一方向计算时间3s左右,全场计算时间12s左右。
【图文】：

散斑图,散斑图,形变,物体

a) b)图 3-2 物体形变模拟散斑图a) 参考图像 b) 目标图像Fig. 3-2 Simulated speckle pattern of object deformationa) Reference image b) Target image 3-2 a)表示形变前的散斑图，称为参考图像，b)表示形变后的散斑图像。两幅图像大小为 576×768，目标图像相对于参考图像在 x 方向上el，y 方向位移了 0.5pixel。首先在参考图像中选取一个参考子区域，像中选取与参考子区域大小一样的子区域作为目标子区域，用相关算两个子区域的相关性，并通过整像素搜索找到与参考子区域相关子区域，再用亚像素算法对最相关部分进行亚像素计算，从而得到子区域形变时的亚像素级位移量。相关性计算

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和目标图像中子区域的协方差自相关函数。为了讨论以上两类相关系数计算公式性能，分别用不同积相关和减相关的计算公式对图3-2模拟的散斑图进行全场相关性计算，，其相关系数分布如图3-3所示。a) b)
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41

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