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数字图像相关法理论及应用研究

作　者: 易俊
导　师: 彭倍
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 光学测量 数字图像相关法 相关法则 误差分析 变形测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近几年来,数字图像相关法作为实验力学中一个重要的方法,以其光路简单、对环境要求不高、非接触、局部和全局测量等优点,受到越来越多的重视。如何减少计算量提高运算速度,减少计算误差是研究人员关注的热点。本文提出采用基于参数的平方和差相关法则进行相关计算。该相关法则减弱了光线变化对计算结果的影响并同时减少了相关计算所需的计算量,提高了搜索速度。作者提出采用查表法来获得插值函数的系数,避免了传统方法中重复的插值函数系数求解运算,大大减少了搜索所需时间。针对大变形和大刚体测量中,传统的变形参数传递方法在选点求变形参数初值时可能带来的操作不便做了改进,提出了改进的结合选点与种子点法的变形参数传递方法,可以使用户更加便捷的在参考图像和变形后图像中选点。采用了最小二乘法求解位移导数,获得了更加精确的位移导数值。对由于相机的像素宽高比不为1带来的计算误差,提出了简单易行的消除办法。在深入了解数字图像相关法数学原理的基础上,作者结合以上方法编制了自己的数字图像相关法软件。该软件操作简单,计算速度快。采用计算机模拟散斑图和真实实验图像对软件采用的以上方法进行验证,实验和计算结果证明了软件能获得正确和可靠的结果。对数字图像相关法的各种误差,如形函数、插值方法、离面位移等引入的误差进行了分析,指明了减少误差的方法。采用自己编制的数字图像相关法软件测量了泡沫材料在压缩情况下、带孔铝板和聚合物板在单向拉伸情况下的表面位移和应变。由软件获得的位移和应变与实际的变形吻合,表明了数字图像相关法测量系统可以精确的测量材料的变形。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题研究意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-12
  1.3 本文主要工作  12-14
第二章 数字图像相关法  14-35
  2.1 数字图像相关法所需硬件设备和操作基本步骤  14-16
  2.2 数字图像相关法基本原理  16-18
  2.3 子像素灰度重建  18-20
    2.3.1 双三次插值  19
    2.3.2 双三次样条插值  19-20
  2.4 基于参数相关函数的数字图像相关法  20-25
  2.5 查表法求插值函数系数  25-26
  2.6 改进的结合选点的变形参数初值传递方法  26-30
  2.7 最小二乘法求解位移导数  30-32
  2.8 相机像素宽高比不为1 所引入的计算误差的分析与消除  32-34
  2.9 本章小结  34-35
第三章 计算机模拟散斑图和实验验证  35-60
  3.1 计算机模拟散斑图  35
  3.2 基于VSSD 相关法则的数字图像相关法验证  35-54
    3.2.1 模拟散斑图验证  36-49
    3.2.2 真实图像验证  49-54
  3.3 改进的结合选点的变形参数初值传递方法验证  54-59
    3.3.1 模拟散斑图刚体旋转实验  54-56
    3.3.2 真实刚体旋转实验  56-59
  3.4 本章小结  59-60
第四章 数字图像相关法误差分析  60-70
  4.1 系统误差分析  60-66
    4.1.1 形函数所引入的误差  60-63
    4.1.2 子像素插值所引入的误差  63
    4.1.3 相关法则所引入的误差  63
    4.1.4 离面位移和离面旋转所引入的误差  63-66
  4.2 随机误差分析  66-67
    4.2.1 噪声所引入的误差  66
    4.2.2 光线变化所引入的误差  66-67
  4.3 镜头成像畸变引入的误差  67-68
  4.4 本章小结  68-70
第五章 数字图像相关法应用研究  70-84
  5.1 泡沫材料块压缩实验  70-75
    5.1.1 泡沫材料块压缩实验前准备  70-72
    5.1.2 泡沫材料块变形计算  72-75
  5.2 带孔铝板单向拉伸实验  75-80
    5.2.1 带孔铝板单向拉伸实验前准备  75-76
    5.2.2 带孔铝板单向拉伸变形计算  76-80
  5.3 聚合物板单向拉伸实验  80-83
  5.4 本章小结  83-84
第六章 总结与展望  84-87
  6.1 总结  84-85
  6.2 展望  85-87
致谢  87-88
参考文献  88-92
攻硕期间取得的成果  92-93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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