基于光照不变特征的数字散斑相关方法

边坡问题是中外工程建设中的主要工程地质问题之一,准确、可靠的边坡变形监测方法对预防滑坡灾害起着至关重要的作用.将数字散斑相关方法应用在边坡变形监测中,可以快速得到准确的边坡位移场信息,具有操作简单、非接触式等优点.但是在野外测量环境下,光照变化对图像的灰度唯一性产生了较大影响,从而导致测量精度的下降.在数字散斑相关方法求解边坡变形场的基础上,使用局部敏感直方图替换原始图像对应位置的灰度值,作为图像的光照不变特征,克服了光照变化对图像灰度信息的影响,并通过数值模拟实验对算法精度进行验证.实验结果表明,该方法大幅提高了边坡变形计算精度,为研究边坡破坏机理和发展过程,提供了一种经济有效的监测方法.     

数字散斑相关方法的建筑力学分析应用研究进展

 数字散斑相关方法,作为固体材料表面变形测量方法,是一种全场、无接触、高自动化和高精度的光学变形测量方法,与其他变形测量方法相比,具有灵敏度高,测量准确等一系列独特的优越性,在建筑工程变形测量及力学分析中得到较快的发展。本文阐述了数字散斑方法的基本原理,重点综述了数字散斑方法在混凝土、沥青材料、硅酸盐水泥、复合材料、负泊松比防爆材料等建筑材料以及混凝土结构、桥梁结构、岩土结构、木质结构等建筑结构力学行为测量与分析中的应用进展,总结并展望了数字散斑方法在未来建筑材料与结构在服役过程中有效监测的应用前景与发展趋势。随着数字散斑相关方法的测量精度与速度大幅提升,结合光纤技术与计算机模拟等方法,建筑材料与结构三维实体的微观力学行为有望实现全方位实时监测。     

基于数字散斑相关方法的微位移测量

介绍了数字散斑相关方法的基本原理,利用模拟散斑图分析了3种常用亚像素算法的性能.根据数字散斑相关方法测量微位移的特点,采用爬山搜索法进行整像素搜索,采用计算量小、计算精度高的基于梯度的算法进行亚像素搜索.利用千分表和数字散斑相关方法对有机玻璃梁试件三点弯曲中心挠度进行了测量,并与有限元计算结果进行了比较.结果表明,数字散斑相关方法测量微位移的实验系统是可靠的,在此基础上测量了试件加载位置附近区域的全场位移.     

基于数字散斑自相关技术的微位移测量

通过散斑照相实验,得到粗糙表面在激光照射下的散斑场,移动粗糙表面,记录位移前后的散斑图像,利用数字散斑相关方法分析散斑图像,即可确定粗糙表面的位移。理论分析和实验结果表明,数字散斑相关技术可以很好地实现测量带有粗糙表面物体的微小位移,精度可达微米级。     

数字散斑相关技术在扫描电镜三维重构中的应用

将数字散斑图像相关技术应用到扫描电镜的三维重构中.首先,用扫描电镜获取试样的立体像对,应用立体摄影测量技术计算出高程.分别用显微硬度压痕实验数据和体积不变原则,对三维重构计算结果进行了验证,完成了对刀具磨损面的三维重构和成分分析.结果表明:扫描电镜三维重构与验证结果相吻合,基于数字散斑相关的扫描电镜三维重构技术可以准确...     

利用数字岩芯评价疏松砂岩气藏渗流特征

针对疏松砂岩气藏岩石物理性质的测试存在取芯难、岩芯易水化和出砂,传统的岩芯驱替实验无法准确评价其渗流特征的问题,利用数字岩芯技术对其开展了渗流特征的研究。研究中以涩北疏松砂岩气藏某井岩芯为研究对象,首先利用CT扫描仪扫描岩芯样品,获取岩芯的三维图像,抽取数字信息,将多孔介质的孔隙结构直接映射至网络,并利用分形几何原理建立数字岩芯,再从中抽提出三维孔隙网络模型;然后将模型计算结果与真实岩芯实验值进行对比和校正,获取客观有效的数字岩芯模型;最后利用该数字岩芯模型计算了不同有效应力、不同地层水伤害时间以及不同泥质含量状态下的渗流物理参数和相对渗透率,为疏松砂岩气藏的开发提供了重要的岩石物理基础数据。     

数字散斑相关法在压力容器变形测量上的应用

数字散斑相关法具有非接触、精度高、适用于工程现场等特点,成为实验力学中一种有效的光学测试手段。该文简要介绍了数字散斑相关法的基本原理、特点和应用范围,概述了在压力容器变形测量方面的应用现状,随着相关配套和辅助技术的发展,数字散斑干涉法在测量压力容器变形方面在宏观和微观方面展现了新的技术突破：改进光学系统与加载方式可测量大面积的变形场,与高分辨率设备结合可进行结构微小形变的检测,而全场高温变形测量技术的发展进一步拓展了其适用环境。     

三维数字岩心建模技术综述

数字岩心技术作为一种新兴的数值模拟计算方法,通过真实的岩心样品反映岩心的内部复杂结构,从微观层面上开展对岩心孔隙结构及剩余油的其理论研究,有利于提高原油采收率,为现场生产提供技术指导。本文介绍了构建三维数字岩心的两种常用方法X射线扫描成像和基于岩心二维图像的重建算法,并分析了其优缺点和适用范围以砂岩为例,定量比较了X射线、MC算法和过程法构建的三维数字岩心。结果表明：过程法重建的三维数字岩心的孔隙连通性与真实岩心较接近,而MC算法重建的三维数字岩心孔隙连通性与真实岩心更加接近,三维数字岩心将在岩石物理数值模拟中发挥重要作用。     

一种估算砂岩核磁T_2谱新方法

根据核磁共振弛豫机制,基于三维数字岩心技术建立一种估算砂岩核磁共振横向弛豫(T_2)谱的新方法。采用过程模拟法重建砂岩三维数字岩心,通过Delaunay剖分将砂岩微观孔隙结构划分为多个四面体孔隙单元,再用几何方法和Monte Carlo方法相结合求出每个孔隙单元的表面积与体积之比(S/V),进而获得砂岩模拟的核磁T2谱。经过大量模拟试验筛选参数,减小计算误差。考虑单峰态和双峰态核磁T_2谱,模拟结果和实验结果基本吻合。该方法有助于研究粒度分布、孔隙结构等对岩石核磁共振响应的影响。     

双显微数字散斑相关测量的光学系统研究

基于桥梁变形测量的数字散斑测量系统,提出一种近距离测量形变的双显微测量系统,能消除刚性位移,提高测量精度.针对实现双显微数字散斑测试技术所需光学镜头,根据成像原理,设计出满足需要的与CCD相匹配的双显微物镜.采用满足设计要求的4倍的显微物镜进行试验,通过实验验证,设计合理,满足所需精度.     

基于数字地形模型土微结构三维孔隙度的计算方法

为了充分利用SEM图像中蕴含的三维信息,反映土样内部孔隙特性,提出了利用数字地形模型(DTM)计算三维孔隙度的方法,该方法无需选取阀值对图像进行分割,避免了由于阀值选取引起的统计误差。利用该方法计算了天津港某杂货码头不同深度土样的孔隙度,并与压汞法、土工实验方法和基于图像二维孔隙度的计算结果进行了对比分析,结果表明:以住图像二维孔隙度只反映了孔隙结构一个剖面的孔隙度,与其他方法结果相差较大,而DTM法计算结果与压汞法、土工实验方法所得的结果相近,反映了土样的三维孔隙度的实际情况。该方法对进一步研究土样内部三维结构具有一定的参考价值。     

考虑分形特征的岩心扫描图像合理分割方法

考虑岩石的孔隙度和孔隙结构的分形特征的关系,结合图像分割Otsu算法,提出Otsu算法的分形校正算法。首先对三种砂岩岩心的扫描图像进行处理,得到结果与实验结果进行对比,发现分形校正算法能够大大提高图像分割的准确度;此外对致密性气藏岩心和页岩岩心进行处理,分形校正算法的结果同样更接近实验值。由于实验得到为岩心的有效孔隙度,因此比计算值偏小。对于实验难以测量孔隙度的岩心,可以采用Otsu分形校正算法对扫描图像进行处理,得到其孔隙度。     

基于小波多级分解的数字散斑相关搜索方法

为提高数字散斑相关方法(DSCM)的测量精度和计算速度,提出一种基于小波多级分解的数字散斑相关搜索方法。该方法利用二维离散正交小波技术对图像滤波去噪同时进行多级分解,从最低的一级开始进行相关搜索计算,然后逐级回溯。与传统的相关搜索方法相比,该方法可提高运算速度至少1个数量级并提高测量精度,有更强的适用性,可以对大位移、有噪声的图像进行数字相关位移场的处理。     

数字散斑相关方法在实验力学中的适用性

数字散斑相关方法是近些年来新兴的一门利用图像处理技术来计算物体的位移及变形的方法,具有全场测量、非接触、光路相对简单、测量视场可以调节、不需要光学干涉条纹处理、可适用的测试对象范围广、对测量环境无特别要求等优点,对此利用3个基本的实验,刚体平动、橡胶材料拉伸、三点弯梁实验,验证了数字散斑相关方法在大位移及变形测量中的适用性.     

数字散斑相关方法的全场优化表述

从图像运动估计中的基本假设——灰度不变假设出发,用优化方法建立了基于整幅图像匹配的数字散斑相关方法(也称为数字图像相关方法)求解模型,即全场优化求解模型.从建立的全场求解模型出发可引申出常用的两类数字散斑相关方法的求解思路,即基于离散的子区匹配的数字散斑相关方法求解模型和基于有限元的数字散斑相关方法求解模型.从模型建立及求解分析中可知,位移表征模式是数字散斑相关方法求解模型的关键,不同的位移表征模式可构成不同的数字散斑相关方法求解方法.     

基于骨架网络模型的岩石粒径分析方法

应用扫描电子显微镜,获取岩石的二维灰度图像,并进一步分割得到岩石的骨架和孔喉结构。利用马尔可夫链蒙特卡洛法构建三维数字岩心,提取相应的三维孔隙网络模型。根据其逆过程提出骨架网络模型的提取方法,可对岩石粒径进行定量分析。最后对三块低渗透岩心样品的颗粒半径、孔隙半径和喉道半径等结构参数进行对比分析,得到各样品结构参数之间的定量关系。研究表明,基于网络模型的岩石粒径分析法能够快速获取岩石的结构参数,对油藏岩石结构参数进行定量表征,大大缩短实验数据获取周期,为岩石结构参数分析提供了一套有效的研究思路。     

CT尺度下冻融岩石细观损伤特性分析

为研究冻融环境下岩石细观损伤演化规律,以红砂岩为研究对象,首先进行冻融循环试验,再对经历0次,5次,10次,20次和40次冻融循环的试样进行CT扫描.采用K均值聚类算法实现了扫描图像的二维孔隙识别;通过三维重构再现了红砂岩的冻融破坏模式,确定了试样的有效承载区,在细观层面实现了对岩石冻融损伤的定量分析.结果表明:通过K均值聚类算法确定阈值,可以有效实现CT图像的二值化;三维重构后的模型可以再现红砂岩试样在冻融过程中的损伤模式以及内部孔隙的发育特征;随冻融循环次数的增加,基于有效承载区定义的损伤变量逐渐增大,并与孔隙的发育趋势一致,能有效地反映冻融循环作用下岩石的损伤演化规律,为冻融岩石细观损伤研究提供了一种切实可行的方法.     

DSCM中摄像机光轴与物面不垂直引起的误差分析

该文研究了数字散斑相关方法(DSCM)中由于摄像机与被测物面不垂直而引起的误差。首先从成像原理上进行分析,得出当位移和偏差角度比较小时,误差分别与它们成线性关系。为验证这一结论,提出了引入摄像机成像模型的数字模拟散斑图像生成方法;采用数字散斑相关方法,对模拟散斑图像进行计算,计算的结果与理论分析的误差公式结果非常吻合。基于数字散斑相关测量灵敏度为0.01像素,要求不垂直度或被测平面的平面度应小于5,°这也是二维数字散斑可否用于曲面测量的判据。     

数字散斑相关法测量连续位移的原理与实验

提出用数字散斑相关方法测量移动物体的连续位移.激光照射粗糙表面形成散斑场,用CCD记录粗糙表面移动时的序列散斑图像,利用数字散斑相关方法分析散斑图像,确定粗糙表面的位移.研究结果表明,数字散斑相关技术可以高精度地测出连续移动物体的位移.     

极值搜索法在数字相关性计算中的应用

通过对数字散斑相关性计算公式的分析,提出了计算相关性的极值搜索法,将平面上散斑的连续搜索变为离散搜索,将二维搜索变为一维搜索。同时,通过样条插值法完成非整数像素点的搜索。实验结果表明,该方法能明显提高散斑搜索的速度和灵敏度,并能达到满意的计算精度。