【摘要】：近年來(lái)數(shù)字圖像技術(shù)(如數(shù)字圖像相關(guān)法)在結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為提高計(jì)算效率和精度,減少整像素位移的定位時(shí)間和提高亞像素位移的計(jì)算精度是目前數(shù)字圖像位移測(cè)量技術(shù)研究的技術(shù)熱門(mén)。本文從頻域的角度出發(fā),提出了一套完整的計(jì)算位移的新方法,并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性。課題組所提出的數(shù)字圖像頻譜法(Digital Image Frequency Spectrum Method,DIFS)具有不用搜索、整像素位移定位快和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,本文簡(jiǎn)化了原理推導(dǎo)的方程數(shù)目,進(jìn)一步提高了計(jì)算效率。針對(duì)數(shù)字圖像頻譜法僅能計(jì)算整像素位移大小,不能確定位移方向的問(wèn)題,提出了三種位移方向的判別方法:兩步平移法、一步平移法和相關(guān)系數(shù)比較法。詳細(xì)介紹了三種位移方向判別方法的基本原理,同時(shí)比較了這些方法各自的優(yōu)劣。將這三種方法與DIC在整像素計(jì)算效率上進(jìn)行了比較,得出頻譜法在整像素位移的計(jì)算上用時(shí)更短。本文以模擬散斑的形式,研究了頻譜法散斑顆粒半徑和計(jì)算窗口大小的適用范圍,得到散斑顆粒直徑在小于等于7個(gè)像素,計(jì)算窗口尺寸在大于等于41×41像素時(shí)整像素位移的計(jì)算是完全正確的。本文結(jié)合數(shù)字圖像頻譜法和數(shù)字圖像相關(guān)法的優(yōu)點(diǎn),用頻譜法計(jì)算整像素的位移大小和方向,用DIC中的曲面擬合法和梯度法計(jì)算亞像素,本文稱(chēng)之為頻譜雜交法。本文以模擬散斑的形式驗(yàn)證了頻譜雜交法的正確性,給出了亞像素的計(jì)算精度。該方法解決了頻譜法的亞像素計(jì)算問(wèn)題,推進(jìn)了頻譜法從理論研究到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。最后本文設(shè)計(jì)了低碳鋼的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn),利用CCD相機(jī)記錄加載過(guò)程中試件表面的變形,運(yùn)用頻譜雜交法測(cè)量試件表面的位移場(chǎng),計(jì)算出試件表面的位移云圖,并將試件跨中的測(cè)量位移與壓頭的加載位移進(jìn)行對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)的相對(duì)誤差均在5%以?xún)?nèi),驗(yàn)證了頻譜雜交法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41
【圖文】：

這無(wú)疑會(huì)降低該方法的計(jì)算效率，同時(shí)對(duì)于部分圖片，數(shù)字圖像相的相關(guān)系數(shù)的峰值并不明顯。而數(shù)字圖像頻譜法在整像素計(jì)算上效率高，，同時(shí)在計(jì)算圖片的適用性上，數(shù)字圖像頻譜法和數(shù)字圖像相關(guān)法具有不適用范圍，因此該方法拓展了變形測(cè)量的適用領(lǐng)域。不同于數(shù)字圖像相關(guān)法，數(shù)字圖像頻譜法是一種在頻域上測(cè)量物體變形的方域信號(hào)或圖像進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)在頻域上是對(duì)應(yīng)相位的改變。數(shù)字圖像頻物體形變的基本思路就是通過(guò)數(shù)學(xué)的方法計(jì)算出圖像平移后對(duì)應(yīng)的相位從而確定圖像的平移量。同數(shù)字圖像相關(guān)法一樣，數(shù)字圖像頻譜法的光路簡(jiǎn)采用白光光源，利用 CCD 相機(jī)對(duì)物體變形前后的表面特征進(jìn)行拍照，通過(guò)頻譜法即可快速計(jì)算出物體的平移量。數(shù)字圖像頻譜法的基本原理如下，現(xiàn)有兩張散斑圖片，分別是變形前圖片后圖片2P，如圖 2-1 所示。

2(,)(,)*11F uvFuv為已知項(xiàng)，令20 和 ，，如下式（2-8）和（2-9）所示。(,)2(,)(,)(1cos(2())*111NvdyMudxI uv FuvFuv (,)2(,)(,)(1cos(2())*211NvdyMudxI uv FuvFuv 2-8）和式（2-9），通過(guò)簡(jiǎn)單四則運(yùn)算，即可得到關(guān)于下式（2-10）所示。cos(2())4(,)(,)(,)*1112NvdyMudxFuvFuvIIIuv LAB 中顯示式（2-10）中的 I (u ,v)，得到純余條紋圖，如

中所得的干涉條紋圖。最后對(duì)（2-10）式得到的純余弦函數(shù) I (u ,v)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到對(duì)應(yīng)的頻譜值 P ( x,y)如下。((,)(,))21212cos(2())(,)(,))()()2(1010)()()2(10102()2()2()10102()10102()xdxydyxdxydyeeeeeeNvyMuxPxyIuveNvydyMuxdxjMuNvNvydyMuxdxjMuNvNvyMuxjNvdyMudxjNvdyMudxjMuNvNvyMuxjMuNvNvyMuxj （2-11）將（2-11）所得頻譜值用 MATLAB 顯示出來(lái)，得到的最終頻譜值圖如下圖 2-3所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張愛(ài)華;婁小平;呂乃光;;數(shù)字圖像相關(guān)中亞像素算法的比較[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年03期

2 呂瑞;王軍偉;邵f+;;基于雙線(xiàn)性插值的高斯曲面擬合定位算法研究[J];機(jī)床與液壓;2013年03期

3 杜亞志;王學(xué)濱;;基于粒子群算法的整像素?cái)?shù)字圖像相關(guān)方法[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2012年06期

4 伍衛(wèi)平;何玉明;胡而已;;移動(dòng)最小二乘三次曲面擬合法分析圖像亞像素位移[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2008年S1期

5 吳曉東;;激光技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J];中國(guó)高新技術(shù)企業(yè);2007年07期

6 徐雨明;文雙春;;數(shù)字圖像插值算法的分析與實(shí)現(xiàn)[J];福建電腦;2007年01期

7 趙躍華;雷茂慧;宋雪樺;王剛;沈廷根;;一種十字形運(yùn)動(dòng)搜索算法[J];微計(jì)算機(jī)信息;2006年24期

8 計(jì)欣華;許方宇;陳金龍;秦玉文;;數(shù)字圖像頻域相關(guān)分析法及其應(yīng)用[J];光學(xué)技術(shù);2006年03期

9 王懷文,亢一瀾,謝和平;數(shù)字散斑相關(guān)方法與應(yīng)用研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2005年02期

10 李新忠,宋文武,王希軍;激光散斑計(jì)量技術(shù)及其應(yīng)用[J];光機(jī)電信息;2005年03期

本文編號(hào)：2786579