变形测量的数字图像相关分析法

变形测量的数字图像相关分析法高建新通过变形形态函数的引人，将数字图像（散斑）相关搜索方法进一步推广，提出了数字图像相关分析法。在本方法中，原本对位移及其各个导数分量独立进行的相关迭代，变为对变形形态函数的系数进行相关迭代，从而既简化了迭代过程，又实现...     

带权重因子相关函数对数字图像算法性能的影响

在传统数字图像相关算法中,图像子区中每个像素点对相关系数的贡献是一样的,这与实际变形情况存在差异.采用一种带高斯权重因子的相关函数计算物体变形前后2幅图像的位移场,并将其与传统计算方法的计算结果进行了比较.结果表明,与传统计算方法相比,采用高斯权重因子相关函数后,数字图像相关算法的计算精度有了显著提高.     

数字图像线性滤波分析与实现

在空间域中，对数字图像的线性滤波进行了分析，讨论了空间域函数h（x，y），给出了数字图像线性滤波的Matlab实现方法。     

用数字图像相关法研究改性高分子材料的断裂行为

对数字图像相关测量方法进行了系统的研究，对相关迭代算法中的初值估计问题进行了分析研究，提出利用“实时相减”和“精密调节”相结合的办法来获得零初值，从而有效地解决了Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ迭代算法中的初值估计问题，提高了迭代的收敛速度和精度；并首次将数字图像相关方法应用于改性高聚物的断裂行为研究。     

基于数字图像相关法的混凝土全场变形测量

为了解决混凝土构件实验中大刚体位移、低应变的变形特点使常用测量技术难以胜任实验测试要求的问题,采用提高数字图像相关法(DIC)形函数阶次和选择合适的相关函数以提高图像位移模式识别的精度;结合DIC位移识别精度分析了刚体位移对变形分析的不利影响,根据双点位移识别转动角度和受力变形特点提出了刚体位移消除方法;根据混凝土构件的力学变形特性提出了由位移场求解应变分布的方法,并进行了实测验证.数字模拟试验表明,改进后的数字图像相关法能很好地消除刚体位移的影响和提高测量分析精度,实测验证实验结果也能够很好地解释构件的受力变形分布特征.与目前常用的离散、接触式测量技术相比,针对混凝土构件实验特点进行改进后的数字图像相关法能够更好地适应工程实验测试的要求.     

迭代函数系统及其应用

该文根据分形几何描绘自然景物的基本思想，分析了迭代函数系统（ＩＦＳ）构造分形的特点，即通过一组收缩仿射变换生成分形图象；并给出了生成二维和三维分形图象的ＩＦＳ矩阵。该文还简述了应用迭代函数系统生成三维蕨类植物叶子的分形图象的算法过程，对实现这一算法的Ｃ语言程序作了简要说明。文末提供了根据拼合定理确定ＩＦＳ系数的方法，简介了迭代函数系统在图象压缩技术中的应用     

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。     

数字图像相关法中的优化插值滤波器

针对数字图像相关方法中的亚像素插值误差,在复频域内利用滤波器的传递函数分析了亚像素位置和图像频率对插值误差的影响,在此基础上设计了一种基于B样条插值核的优化插值滤波器。为使该滤波器能自适应于不同散斑图像,提出了一种利用图像的频谱分析获取滤波器中权值函数的方法,以B样条滤波器系数为非线性优化插值滤波器的迭代初值,解算出图像的最优滤波系数。在不考虑数字图像相关法中其他位移测量误差影响的情况下,通过平移和单向拉伸两个数值实验,证实所提滤波器可以明显减小亚像素插值误差,更好地满足了实验力学中对利用数字图像相关法进行高精度位移测量的需求。     

数字图像相关技术的一些进展

中国科学技术大学光力学实验室近年来专注于数字图像相关方法的原理研究和应用拓展,有效提升该方法测量精度和计算速度的同时,在数字散斑标准化、二维补偿技术、生物医学工程以及锯齿型塑性屈服等领域取得了一系列研究成果.本文拟对课题组的研究进展做一个概述:(1)提出了局域变形下形函数误差的理论模型与估计算法,建立了保证测量精度的子区尺寸选取准则;提出了计算速度是传统算法两倍的二阶反向高斯牛顿算法;研究开发了三维数字图像相关高效算法、基于反向迭代算法的左右系列变形图匹配的优化策略,开发出三维数字图像相关通用软件包和硬件系统,为国内高校、研究所和工程单位提供了有效的科研分析方法和工程测量手段.(2)揭示了插值偏差的深层机制并发展了实验测量手段,提出了综合考虑系统误差和随机误差的散斑质量评价标准,建立了散斑尺寸优化的理论模型.(3)发展了基于预标定的二维数字图像相关补偿技术.(4)建立了实时的颅颌面手术导航系统;研发了具有高时空分辨率的脉搏测量系统,推动了传统中医的数字化和科学化.(5)通过高速数字图像相关技术首次观测到剪切带的萌生、演化过程,证明了带外收缩现象的存在;通过相互正交的两套数字图像相关系统首次观察到厚度方向的应变局域化现象.(6)基于数字散斑相关方法实现了振动和应变的高精度实时测量.     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

移动最小二乘法在 PIV迭代过程中的应用

提出了一种增强粒子图像测速（PIV）技术中图片变形迭代查询算法稳定性的方法,在迭代计算过程中用移动最小二乘法（MLS）来拟合互相关计算得到的位移场．合成图片的评估显示：MLS能很好地增强算法的稳定性,并且有很好的空间分辨率特性,在一定程度上改善了算法的精度．真实流场的评估也显示MLS能增强算法的稳定性．同时MLS的加入不会明显增加计算时间．     

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。     

闭孔泡沫铝特征统计及其变形行为实验研究

以椭圆拟合长方体闭孔多边形泡沫铝表面孔截面,运用统计学的方法研究了泡沫铝试件表面孔的大小、形状和方位等分布特征.统计结果表明:上述孔的各项几何特征参数除方位外服从高斯分布. 应用图像处理技术,获取了单轴压缩变形前后泡沫铝试件的表面图像.利用序列数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了静态单向压缩条件下闭孔泡沫铝材料表面全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义应力-应变曲线,给出了压缩过程中孔壁的失效顺序和破坏规律.对块体材料的压缩实验表明,泡沫纯铝是以多个断裂带的形式破坏和吸收能量.     

牛顿迭代法关于多项式求根的数字现象

使用实验数学方法去研究牛顿迭代法在求多项式的一个ε－根时，其迭代次数Ｋ所显示出来的数字现象，通过对１０余万个５次到２０次多项式的求根运算，选取了１０个不同的初始点，发现在所研究的那些多项式中，除了复平面的原点，０％以上的多项式可以在不超过１４的迭代中求得一个ε＝０．０００１的ε－根，在此范围的平均迭代次数不超过９，并且在计算１０次到２０次多项式时，初始点离原点越远，一般显示出越好的求根性态，这些数     

一种基于Rb-K平均带宽设定的点带宽可变的Mean Shift算法

Mean shift是一个用在图像滤波、图像分割中的迭代过程．传统的Mean shift在迭代过程中每一个点的带宽是固定不变的,现有的Mean shift没有考虑迭代点带宽可变的情况．提出一种新的迭代点带宽可变的Mean shift,即每一个点在迭代过程中带宽是变化的．对传统方法和迭代点带宽可变方法进行比较,并对迭代点带宽可变方法进行评价,迭代点带宽可变方法在细节处理方面有好的效果．     

基于仿真的选区激光熔化工艺结构变形补偿设计优化

针对选区激光熔化工艺中残余应力造成的变形缺陷问题，介绍了一种基于有限元仿真的选区激光熔化工艺的结构变形补偿设计优化方法.以螺旋桨结构成型为例，首先建立了宏观尺度上基于有限元方法的热-力耦合仿真模型，然后分析了成型零件中的残余应力与变形分布规律，并提出了利用变形场反馈调整零件设计的几何结构的方法，通过多次反馈迭代，实现了成型后零件变形几何与期望几何之间的形状误差逐步减小.数值试验结果表明:经过变形场反馈调整4次，成型后的螺旋桨结构相较于期望几何结构的最大形状误差下降了94%；同时也发现，设计迭代过程中，零件成型后的残余应力与实际变形基本不变.      

PET断层重建中动态射线追踪算法的实现

迭代重建算法已成为PET的标准重建方法,其系统响应矩阵实现图像空间和投影空间之间的映射关系,是迭代重建算法的关键.面向list-mode断层重建,以优化Siddon算法为基础,实现了一种敏捷的正交距离射线追踪方法,实时计算系统响应矩阵,生成近似高斯形的LOR线,有效建模了探测器响应函数.结果表明该算法在重建精度和效率之间达到较好的平衡,满足了list-mode断层重建的需求.     

Segmentation of tumor ultrasound image via region-based Ncut method

To segment the tumor region precisely is a prerequisite for ultrasound navigation and treatment. In this paper, a normalized cut method to segment tumor ultrasound image is proposed by means of simple linear iterative clustering for presegmentation procedure. The first step, we use simple linear iterative clustering algorithm to divide the image into a number of homogeneous over-segmented regions. Then, these regions are regarded as nodes, and a similarity matrix is constructed by comparing the histograms of each two regions. Finally, we apply the Ncut method to merging the over-segmented regions, then the image segmentation process is completed. The results show that the proposed segmentation scheme handles the strong speckle noise, low contrast, and weak edges well in ultrasound image. Our method has high segmentation precision and computation efficiency than the pixel-based Ncut method.     

利用单幅图象的阴影恢复物体形状

本文研究和探讨如何由单幅图象的阴影进行三维信息的提取,以恢复物体表面的形状。通过引入立体投影的概念,并附加适当的约束条件,利用边缘信息提供的边界条件,推导出由阴影计算物体表面形状的迭代算法,最后完成立体显示。     

基于数字图像相关的塑性变形识别方法

为了检测金属构件表面的塑性变形,提出了一种基于加权光强相关系数的塑性变形识别方法．该方法利用数字图像相关方法,搜索变形后被测点的位置,然后将加权因子引入光强相关系数的计算。并以此来判断被测点是否已经进入了塑性变形阶段,最后用试验对完整的试件和带缺口的试件分别进行了弹塑性边界和塑性区域识别．研究结果表明,该方法能够准确地判断试件是否进人塑性变形阶段,并且能直观地识别出塑性区域．