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.     

散斑尺寸对数字图像相关方法检测表面裂纹的影响（英文）

数字图像相关(DIC)是一种用于无损检测的实验应力分析技术。DIC在裂纹检测中的准确性取决于多种因素，如散斑和像素的大小。本文将基于纳米粒子扩散形成的小尺寸散斑的散斑图案与传统的喷涂图案进行比较，以研究是否可以通过减小散斑和像素的大小来改进DIC裂纹检测。由于纳米颗粒尺寸较小，使用光学显微镜对其进行放大。首先，实验研究了扩散法裂纹检测。结果表明，当裂纹边缘具有250 nm开口时，可以很容易地检测到裂纹。随后，将扩散法与使用喷涂法制备图案的传统DIC在裂纹检测方面进行了比较。结果表明，通过减小散斑尺寸和仔细分析散斑图案，此DIC技术在检测小裂纹方面明显优于传统技术。此外，传统技术更适合检测大裂纹。     

基于多策略改进麻雀搜索算法优化SVM的古建筑彩画分割

为精确地提取古建筑彩画的色彩、图案与轮廓信息，本文利用网络搜索优化SLIC超像素分割，通过多策略改进的麻雀搜索算法优化SVM的超参数选择过程，获取古建筑彩画分割的精确分类结果，最后利用ArcGIS软件进行分割结果的矢量化.实验表明：本文算法较原SSA-SVM具有更高的精度和效率，最终的彩画矢量化结果优异.     

基于DIC技术的钢筋混凝土梁损伤识别

为研究钢筋混凝土梁基于数字图像相关技术(Digital Image Correlation, DIC)的损伤识别,设计了4组不同剪跨比的钢筋混凝土梁构件,并在构件表面采用人工制作散斑图;采用DIC技术测量梁全跨长的竖向位移,同时采用传统位移计和激光位移计测量梁跨中的竖向位移;采用格林函数、第一类Fredholm积分以及正则化数值解的数学算法,建立了梁构件在荷载作用下弯曲刚度分布的损伤识别方程.基于DIC技术测量的试验梁荷载-挠度位移曲线,识别了不同荷载下混凝土梁的刚度损伤情况.研究结果表明：DIC技术测量与传统位移测量得到的位移曲线基本一致,误差在可接受范围以内;建立的损伤识别方程对梁的刚度识别精度较高.     

数字散斑的仿真建模与变形场测量

合理构建像面散斑的数字模型,可以精确产生位移和变形场的数学仿真散斑图,为求解亚像素位移或变形的算法研究构建一个软件分析平台。本文从物体粗糙表面的随机分布出发,基于光学成像系统高斯点扩散函数模型,构建了像面散斑的成像模型,对变形前后的随机表面产生的像面散斑进行了模拟和变形场计算。文中提出在找相关峰值时用局部区域进行搜索,减少了运算时间,避免了相似峰的出现。     

数字散斑的仿真建模与变形场测量

合理构建像面散斑的数字模型,可以精确产生位移和变形场的数学仿真散斑图,为求解亚像素位移或变形的算法研究构建一个软件分析平台. 从物体粗糙表面的随机分布出发,基于光学成像系统高斯点扩散函数模型,构建了像面散斑的成像模型,对变形前后的随机表面产生的像面散斑进行了模拟和变形场计算. 提出在找相关峰值时用局部区域进行搜索,减少了运算时间,避免了相似峰的出现.     

新的低码率视频编码快速半像素搜索算法

运动搜索一直是混合视频编码方案中最占编码时间的模块。典型的运动搜索由整像素搜索和半像素搜索组成。随着整像素搜索算法的不断改进 ,被普遍使用的半像素全搜索方法在整个运动搜索中所占运算量已经不容忽视。为了加速半像素搜索 ,提出了一种基于抛物面预测的半像素快速搜索算法。实验结果表明该算法能显著地提高半像素搜索速度 ,并且不会对编码效率和图像质量产生明显的影响。在QCIF格式下采用 H.2 6 3编码器时实际节省运算量约为5 7%。该算法的预测过程简单 ,易于实现 ,能够方便地集成到现有的编码系统中     

DIC法在岩煤岩冲击破坏试验中的应用

为了研究岩煤岩组合体在冲击破坏过程中的全场应变和位移,利用霍普金森压杆对煤单体及岩煤岩组合体试件进行冲击试验.利用高速摄像机采集数据,运用数字散斑相关技术对岩煤岩组合体进行非接触式测量,用DIC软件对数据图像进行筛选和分析.试验得到应力应变曲线、全场应变散斑图和位移散斑图.试验结果表明,在冲击过程中岩煤岩组合体前期内部不均匀变形较大,后期组合试件内部的应力波经过多次传播以及反射,使得应变趋于均匀;受冲击荷载时,中间煤部分先产生裂隙,随后裂隙向岩石扩展形成贯通裂纹直至破坏;试件不断被冲击压缩后,水平方向位移的变化也逐渐一致.     

可预测起始搜索点的自适应准十字菱形搜索算法

分析了视频图像现有块匹配运动估计的技术特点,通过实验数据定量评价了各算法的优缺点,提出的一种改进的自适应运动估计算法:基于起始搜索点预测的准十字菱形搜索算法.该算法根据序列图像中运动矢量的十字中心偏置分布特性和运动矢量间的时空相关性,设计了一种准十字菱形搜索模板,并对静止块设定阈值,直接中止搜索;结合起始搜索点预测,并根据运动类型自适应选择搜索策略,使本文算法在保证了搜索准确性的同时,提高了运动估计的速度.     

数字图像相关方法最优散斑尺寸

综合分析了图像灰度噪声和亚像素插值误差这两种最主要的误差源对数字图像相关方法位移测量精度的影响,并在此基础上建立了计算数字图像相关方法的总测量误差数学模型.在综合考虑这两种误差的基础上具体分析了散斑尺寸对数字图像相关方法的位移测量精度的影响,运用理论分析和数值模拟得到了不同参数下的最优散斑尺寸.研究结果表明,对于一定的测量参数而言,存在一个散斑尺寸的最优区间,在这个区间内的散斑越多,数字图像相关方法的位移测量精度越高.     

基于起点预测的单位十字快速运动估计算法

复杂且耗时的运动估计运算给实时视频编码系统的实现带来了困难.为提高视频编码的实时性,文中分析了运动矢量的分布特性和空间相关性,提出了一种基于起点预测的单位十字快速运动估计算法.该算法结合提前中止准则,通过块匹配绝对误差比较法来选择起始搜索点,然后采用单位十字搜索模式进行搜索.实验结果表明,在保持图像质量基本不变的情况下,该算法搜索速度是三步法的3～17倍,是菱形搜索法的2～9倍,是自适应十字搜索法的1.19～4.42倍.该算法计算量小,实时性强,易于硬件实现,在小运动序列运动估计方面具有明显优势.     

基于数字图像相关的力学测试系统设计与应用

针对电测方法需在试件表面粘贴应变片及单点测量局限,将数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)引入到材料力学性能测试分析中。设计二维DIC系统,并将其应用于三点弯曲沥青混凝土梁的变形和应变全场测试。根据应变云图,可以直观地观察到弯曲正应变沿梁横截面线性分布的特点。实验结果表明,DIC方法可以实现变形和应变分布的全场非接触和准确测量,可为土木工程试验提供可靠的测试手段。     

数字图像相关位移场测量的误差补偿

数字图像相关方法中，位移场测量的误差大小与算法的迭代次数通常成反比，要获得较低的误差，必须增加迭代次数，从而增加了计算量；而非迭代的方法误差相对较大。为解决这一问题，提出了一种基于BP神经网络的误差补偿方法。选择基于非迭代光流法的位移场测量方法为算法模型，详细分析了该算法本身存在的截断误差，以模拟散斑图的位移测量值及其误差为数据集，用训练好的神经网络误差预测模型对测量结果进行补偿。实验验证结果表明，补偿后的位移测量误差相较原来总体下降了50%左右，测量误差的统计分布也显著下降。     

基于欧拉微动放大的桥梁全息变形形态获取方法

与桥梁变形测量方式中测点分散布置不同,获取桥梁的全息变形行为可以有效地分析其结构变化。采用了基于相位的欧拉影像放大算法,结合视频影像非接触测量的方式,获取桥梁整体的变形形态参数,实现了桥梁全息变形的采集及放大。该方法与数字图像相关方法不同,欧拉放大算法是基于带通滤波并提取相应带通范围内的周期振动信号进行放大。该处理方式适用于桥梁结构这种具有周期性振动的变形特性。采用高速民用摄影机对实验室大跨径自锚式悬索桥缩尺模型进行定点拍摄获取数字影像信息,然后通过基于相位的欧拉影像放大算法将微小的振动形态进行可视化处理,最后利用精简边缘算子实现了桥梁结构边缘的提取。同时结合传统动态位移测量方法获取同期形态变形数据,通过对比分析结果证实了该方法的可行性,为未来利用影像手段进行全息形态获取提供了一种新方法。     

超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁抗剪性能

为研究超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁的抗剪性能,采用不同厚度的超高性能混凝土对梁侧面进行加固,并对其进行单点静载试验。观察梁的破坏过程和破坏模式,并根据梁的荷载-应变曲线,分析超高性能混凝土加固层对钢筋混凝土梁承载力和刚度的影响;同时,采用数字图像相关方法对试验梁的裂纹发展进行了对比分析。结果表明：与未加固梁相比,加固梁的破坏形态由脆性剪切破坏转变为延性弯剪及弯曲破坏;随着加固层厚度的增加,加固梁开裂荷载、峰值荷载和变形能力明显提高;通过数字图像相关方法,可以直接从试验梁表面获取细微变形和应变分布情况,并进一步预测试验梁表面微裂缝位置及破坏形式。最后,建立了超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式,并与试验结果进行了对比,结果吻合较好。     

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.     

高聚物黏结炸药模拟材料冲剪实验下的动态变形破坏研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对一种高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的冲剪实验进行加载. 利用高速摄影装置记录材料动态变形破坏过程,结合数字散斑相关技术,对典型加载条件下的位移场和应变场进行了分析,对PBX模拟材料动态变形破坏现象和机理进行了分析. 实验结果验证了DIC方法用于PBX模拟材料动态测量的可行性.     

Effect of speckle size on surface crack detection via digital image correlation

Digital image correlation (DIC) is an experimental stress analysis technique used in nondestructive tests. The accuracy of DIC in crack detection depends on various factors such as the sizes of speckles and pixels. In the current study, a speckle pattern based on the spreading of nanoparticles with small speckles is compared with a conventional sprayed pattern to understand whether crack detection via DIC is improved by reducing the sizes of speckles and pixels. Owing to the small size of nanoparticles, an optical microscope is used for magnification. The spreading method for crack detection is first investigated experimentally. Results show that cracks can be detected easily when a 250 nm opening appears in the crack edges. Subsequently, the spreading method is compared with the conventional DIC, in which the spraying method is used for patterning, in terms of crack detection. Results show that by reducing the speckle size and closely analyzing the speckle pattern, the DIC technique is considerably better than the conventional technique in detecting small cracks. Moreover, the conventional method is more suitable for detecting large cracks.     

基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法

提出了一种基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法.通过光学显微镜得到微悬臂梁变形前后的图像和基于放大的微悬臂梁表面的散斑纹理特征，在尺度空间中定位具有局部响应极值的LOG（Laplace of Gaussian)特征点，并在LOG特征点周围提取局部仿射不变封闭区域，其质心可以作为具有亚像素精度的特征点位置.由封闭区域构造仿射不变特征描述算子并进行特征点匹配，根据匹配点的位移信息进行悬臂梁弯曲挠度曲线拟合以描述微悬臂梁的弯曲变形，并采用最小二乘法计算悬臂梁受力大小与受力点.通过对实际的微悬臂梁变形图像实验，验证了所提方法的有效性.     

基于数字散斑技术的桥梁检测

电测法作为常见的应力应变测量方法有许多的优点,但也有一些缺点,而数字散斑方法在远距离情况下仍能获得足够的光照度,具有延长散斑计量的距离,保证足够的测量灵敏度等优点.提出了将数字散斑方法与ANSYS计算相结合来检测桥体变形的方法,该方法较其他光学测试方法以及电测法具有较强的实用性和较快的计算速度及较高的精确度.