基于DIC的面内位移高精度测量方法研究

发布时间：2020-04-18 16:52

【摘要】：数字图像相关方法(Digital Image Correlation Method,DICM)是一种非接触式的,用于测量全场位移和应变的光学测量方法,它以光学基本理论为主要依据,以力学实验为主要手段,结合了多学科交叉的一门技术。伴随着近三十多年迅速发展,数字图像相关方法毫无疑问已经成为现代实验力学中必不可少、应用广泛的光测方法之一。国内外研究学者从计算原理着手,不断对该方法进行创新和优化,其计算效率、计算精度及鲁棒性逐步得到完善,应用领域上也变得越来越广泛,处于越来越重要的地位。本文针对数字图像相关方法的自身特点,对其进行系统分析,首先整理几种常用的相关系数函数,通过对比分析得出零均值归一化相关函数对光强变化及光偏移均不敏感,具有较高的可靠性和抗干扰性。同时介绍了几种常见的整像素搜索算法的计算原理和基于位移场局部最小二乘拟合法来求解应变场的方法。其次,比较了曲面拟合法、常灰度模式梯度法和N-R法的计算精度、计算时间及抗噪能力,总结了各算法的性能和特点。针对实验环境光照波动变化的情况,提出了基于线性灰度变化梯度法,相比常灰度梯度法,对光照等环境条件要求较低,具有较高的鲁棒性。再次,优化零均值归一化相关函数,优化后计算效率提升明显。提出了基于相关系数的路径搜索方法,具有更高的可靠性。结合基于线性灰度变化梯度法和曲面拟合法各自的特点,提出基于线性灰度变化模式的亚像素混合搜索算法,实验结果表明,该算法计算精度达到0.01pixel级别,具有较高的降噪能力,更适合于实际测量中。同时对改进算法进行插值运算过程优化,提升其计算效率。最后,通过准静态压缩实验对改进算法的可行性和精确性进行检验,实验结果表明,改进算法的计算结果是可靠的。同时采用DIC技术对影响多胞材料结构稳定性的设计参数进行了分析。
【图文】：

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数字图像处理技术、摄影技术以及相关识别分析技术的迅速发展，从数字图像相关方法得到很多研究学者的重视，其理论研究越来越完善，际工程中。本章从基本理论出发，首先通过简单的实例讲解二维数字本原理，接着整理了常见的相关函数，常见的整像素位移搜索算法和，最后介绍计算机模拟散斑图的生成原理及误差分析理论。数字图像相关方法原理概述像相关（DIC）方法的基本原理是利用物体表面随机分布的散斑点作对比分析被测物体表面变形前后的散斑图像，根据一定的相关原则匹子集的位置，从而获取被测物体表面位移信息。原理示意图如图 2-1

示意图,数字图像相关,测量系统,二维

方法为试件表面添加具有随机性的人工散斑，增加其灰度梯度特征用于数字图像相关方法的识别。如图2-2所示，二维数字图像相关方法的测量系统由主要由五部分组成，被测试件、图像采集系统（CCD 摄相机或光学显微镜等）、稳定光源（白光光源）、加载系统以及计算机系统（内含数字图像相关方法分析处理软件）。在进行数字图像相关测量时，应将CCD 摄像机的光轴垂直对准待测区域的中心同时确保在整个实验过程中位置保持不变，调节焦距使采集到的散斑图像能够清晰完整的显示在计算机相应窗口中，最后，利用数字图像相关方法的分析软件对散斑图像进行数据处理。图 2-2 二维数字图像相关方法测量系统示意图在进行数字图像相关测量实验时，采集得到物体变形前的散斑图像被称为参考图像，变形后的散斑图像被称为目标图像，，为了计算被测试件表面任意一点0 0P ( x , y )，假设参考图像和目标图像的灰度信息函数分别为 f ( x, y )和 g ( x ', y ')
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41

【参考文献】