数字图像相关方法的散斑图质量评价和应用研究

发布时间：2017-04-21 09:25

  本文关键词：数字图像相关方法的散斑图质量评价和应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数字图像相关方法是一种新型非接触式全场光学测量技术,自上世纪八十年代初被提出至今,得到了迅速的发展。由于其具有光路简单、环境适应性好等其它传统光学测量方法不可比拟的优势,而且可直接与各种高空间分辨率的显微成像设备结合实现各种空间尺度下的变形测量,使其成为现代光测力学领域一种重要的测试方法,被应用于多个学科领域。经过近三十年的发展,数字图像相关方法就其本身已经非常成熟,但是在其他方面,例如：散斑图的评价与高质量散斑图的制备、应变的求解等方面还存在一些问题,本文就散斑图质量的评价以及将数字图像相关方法应用于具体问题中时所出现的问题进行了研究。首先,本文就数字图像相关方法的基本原理、基本问题进行了系统的总结,并且针对大变形问题中提高计算精度和计算效率关键问题的种子点方法、初值估计、初值传递、初值更新等问题进行了系统全面的分析研究。其次,由于数字图像相关方法的测量精度与散斑图的质量密切相关,而通过人工方法制备的散斑图灰度分布形式又千差万别。本文从插值误差、图像形态分析的角度分析指出了因散斑图质量造成数字图像相关方法测量精度不相同的原因,并提出了平均灰度二阶导数这一新的散斑图质量评价参数,并且利用相关实验验证了这一评价参数的有效性,指导本文应用研究中高质量散斑图的选取。再次,本文通过将平均灰度二阶导数与平均灰度梯度二者相结合对散斑图进行综合评价,分别制备并选取了质量相对较高的散斑图进行了如下应用研究：(1)利用数字图像相关方法对WC/Cu复合材料的宏观热变形进行了测量,得到了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料热膨胀系数的影响,指出颗粒含量相同时,WC/Cu复合材料线膨胀系数随颗粒的增大而增大,而且随温度的升高这种影响越加明显；(2)采用基于数字图像相关法的数字梯度敏感法对有机玻璃的断裂问题进行了实验研究,获取了裂纹尖端周围区域应力梯度场的分布,并通过计算得到了应力强度因子；(3)将数字图像相关方法与扫描电子显微镜相结合,对颗粒增强复合材料的微区变形场进行了测量,讨论了数字图像相关方法在细微观变形测量中试样表面微散斑的制备以及针对其在颗粒增强复合材料应用中相关计算参数的合适选择问题,并对颗粒增强复合材料的损伤特性进行了分析,指出增强体颗粒的分布形式对颗粒增强复合材料的损伤有较大影响。
【关键词】：数字图像相关方法 散斑质量 变形测量
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 数字图像相关方法的理论发展15-19
• 1.2.2 数字图像相关方法的应用研究19-20
• 1.3 本文研究主要内容及各章节安排20-23
• 第二章 数字图像相关方法23-53
• 2.1 引言23
• 2.2 二维数字图像相关方法测量系统23-24
• 2.3 二维数字图像相关方法基本原理24-27
• 2.4 基本问题27-38
• 2.4.1 相关函数的选择27
• 2.4.2 亚像素灰度重建27-29
• 2.4.3 亚像素位移求解29-34
• 2.4.3.1 整像素搜索29-30
• 2.4.3.2 亚像素位移测量简介30
• 2.4.3.3 Newton-Raphson方法30-34
• 2.4.4 应变求解34-38
• 2.5 关键问题38-50
• 2.5.1 初值估计简介38
• 2.5.2 种子点方法38-43
• 2.5.3 变形参数传递及更新43-48
• 2.5.3.1 实验研究45-48
• 2.5.4 图像匹配策略48-50
• 2.6 本章小结50-53
• 第三章 数字图像相关方法中散斑图的质量评价研究53-81
• 3.1 引言53-55
• 3.2 散斑图质量评价研究55-65
• 3.2.1 散斑图质量评价概述55-58
• 3.2.2 插值误差分析58-63
• 3.2.3 图像形态分析63-64
• 3.2.4 平均灰度二阶导数的提出64-65
• 3.3 实验验证65-77
• 3.3.1 单影响因素实验65-70
• 3.3.2 双影响因素实验70-77
• 3.3.2.1 零阶变形实验(刚体平移)72-73
• 3.3.2.2 一阶变形实验73-75
• 3.3.2.3 二阶变形实验75-77
• 3.4 局部图像评价77-80
• 3.5 本章小结80-81
• 第四章 数字图像相关方法在材料宏观变形测量中的应用81-97
• 4.1 WC/Cu复合材料线膨胀系数的测量81-89
• 4.1.1 引言81
• 4.1.2 材料制备81-83
• 4.1.3 线膨胀系数真值确定83-84
• 4.1.4 实验过程84-85
• 4.1.5 实验结果85-88
• 4.1.6 结论88-89
• 4.2 数字梯度敏感法对PMMA材料Ⅰ型裂纹尖端变形场的测量89-96
• 4.2.1 引言89
• 4.2.2 数字梯度敏感法基本原理89-92
• 4.2.3 实验过程92-93
• 4.2.4 实验结果93-96
• 4.2.5 结论96
• 4.3 本章小结96-97
• 第五章 数字图像相关方法在材料细微观变形测量中的应用97-113
• 5.1 引言97
• 5.2 数字图像相关方法计算参数大小的选择研究97-106
• 5.2.1 单颗粒模拟实验98-101
• 5.2.2 三颗粒模拟实验101-105
• 5.2.3 多颗粒模拟实验105-106
• 5.3 颗粒增强复合材料微区变形场测量与损伤分析106-112
• 5.3.1 试样制备及表面处理106-108
• 5.3.2 实验过程108
• 5.3.3 实验结果108-110
• 5.3.4 颗粒非均匀分布对材料的损伤分析110-112
• 5.4 本章小结112-113
• 第六章 总结与展望113-115
• 6.1 研究总结113
• 6.2 展望113-115
• 致谢115-117
• 参考文献117-131
• 附录 (攻读博士学位期间撰写的学术论文及获奖情况)131

【参考文献】

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本文编号：320058