古建筑彩绘梁整像素位移自适应搜索解算方法

通过在构件表面喷涂均匀散斑并拍摄变形前后的图片,采用数字图像相关法（DIC）可实现构件位移的非接触式测量. 针对古建筑木梁彩绘图案灰度不均,导致传统DIC在整像素位移解算时识别效果差、计算效率低的难题,提出修正的自适应十字模式搜索法（IARPS）进行整像素位移解算. 首先,预估第一个搜索点的搜索半径,在该半径内进行穷举搜索;然后引入自适应十字模式算法,通过小菱形搜索实现整像素位移的解算. 采用散斑图模拟位移及装饰有彩绘图案的木梁压弯实验,将IARPS与DIC中常用粗-细搜索算法进行对比,结果表明,IARPS方法能有效克服粗-细搜索算法局部计算不精确的缺陷,且IARPS的计算效率可提高71.6%,为将DIC应用于古建筑彩绘梁的非接触式位移测量提供了一种新的解算方法.     

数字图像相关中的裂纹变形测量方法

为了解决传统数字图像相关法(DIC)对变形较大的裂纹边缘测量时出现的裂纹底色导致匹配相关性差、测量精度低的问题,提出一种引入高斯加权系数的裂纹边缘变形测量方法。该方法首先根据灰度梯度平方和比较算法自动调节匹配子区的高斯中心点位置;然后,通过恒定位移填充模拟试验确定高斯加权系数中高斯标准差的适用范围;最后,对传统DIC的相关系数进行高斯加权,得到新的相关系数。将所提方法与传统DIC方法和种子点方法分别应用于数字散斑模拟图像的刚体平移试验和Q235试件单向拉伸试验,测量开裂过程中图像的位移,结果表明:传统DIC测量方法不能得到完整的裂缝边缘区域的位移场,而所提方法能够准确测量出完整的裂缝区域的位移变化;传统DIC方法的测量精度仅为0.05像素,而所提方法的测量精度可达到0.01像素;所提方法在高斯标准差为1～6.5像素范围内具有最佳的匹配精度。     

模拟散斑尺寸对数字图像相关算法影响分析

数字散斑测试精度的影响因素相对较多、精准控制难度较大,定量分析程度不足。为了提高数字散斑测试精度,文章通过模拟散斑的方法分析观测散斑尺寸大小对计算结果的影响。结果表明：随着散斑尺寸的增加,位移计算误差呈现先降后升的趋势,即散斑尺寸过大或者过小都不利于数字图像相关的位移计算,最优散斑尺寸为5～7像素。研究结果为数字图像相关计算的观测对象设计提供了数据基准,为实际现场监测的观测目标变形信息的精度提高提供了数据基础。     

基于DIC-边缘检测的大尺度测量技术研究

为研究和完善大尺寸测量技术,提出了将数字图像相关方法与边缘检测相结合的大尺度测量技术.首先,在待测结构表面待测点上粘贴预制散斑图,将结构分为若干段;然后,通过数字图像相关方法计算相邻测点间像素距离;再通过边缘检测计算边界部分像素距离;最终将像素距离转换为实际结构尺寸.本文还对大型机械进行测量,实验结果表明该方法可以实现大尺寸结构测量,也为大尺寸测量技术提供了一种新的思路.     

应用超声数字散斑相关法测量水下物的应变

阐述了超声散斑相关法测量物体表面应变的原理,组建了实验测量系统,对位于水下的硅橡胶试件的表面应变进行了非接触式测量,测量值与标定值符合较好．对实验误差的分析表明：在加载范围内,应变越大,测量误差越小,且测量误差主要与散斑的横向尺寸有关．针对应变大小对超声散斑退相关效应的影响进行了研究,实验结果表明在测量范围内,这种影响...     

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.     

梁变形检测的一维数字图像相关法

分别选择参考图像和变形图像中跨过指定边缘的线段,对两幅图像的这种线段进行一维相关运算以识别边缘的变形(简称一维DIC法).与面检测的二维DIC法相比,计算量小很多.根据生成图像的研究表明:一维DIC法进行边缘变形识别的误差小于0.05像素.简支梁模型试验表明:边缘变形识别的误差小于0.1像素,700万像素相机检测1.7m长梁的变形精度可达到0.05mm.一维DIC法的主要优点是计算量小,适合于海量数据处理的动态检测,主要缺点是变形前后图像边缘的错位对识别精度的影响不易处理,难以达到二维DIC法和一些高精度边缘检测方法的检测精度.     

高温数字图像相关方法中的制斑和图像处理技术

结合数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法高温应用的需求,该文重点对散斑制备技术和高温散斑图像处理技术进行了研究。首先,以高温结构材料为对象,研发了一种基于参数化模板的高温散斑制作工艺。该工艺基于参数化模板,可调整模板中散斑颗粒大小、分布密度和分布随机度等多个参数,成功地在C-SiC复合材料基底上制备出可耐1 200℃高温散斑载体。其次,分析了热气流、热辐射对DIC测量结果的影响,结合图像灰度平均方法、循环高温炉外热气流和光学滤波法等3种手段进行高温散斑图像的修正,并通过热膨胀系数测量实验验证了修正方法的可行性。     

层状结构I型裂纹尖端场的焦散线实验研究

为研究岩层断裂行为,利用透射式静态焦散线实验系统,采用铝-环氧树脂层状试件模拟岩层结构,进行了静态三点弯曲实验,通过观察和测量不同试件以及在不同加载条件下裂纹尖端焦散斑特征尺寸的大小,分析了铝-环氧树脂层状结构I型裂纹尖端静态断裂行为特性并与ABAQUS数值模拟的结果较好地吻合。实验结果表明：(1)相同加载力F下,裂纹尖端I型焦散斑特征尺寸D及应力强度因子值随试件所含铝板宽度w的增加而减小。(2)试件中铝板对裂纹尖端阻裂作用随着加载力F值增加而增强,其焦散斑特征尺寸值D与加载力F关系曲线D-F及应力强度因子值与加载力F关系曲线-F均呈现先上升、后变缓、再上升趋势。(3)铝板宽度w越大,则其对裂尖的阻裂现象出现越早。     

用于墙地砖缺陷检测的自动精确图像配准方法

将规则图案墙地砖的精确配准方法用于墙地砖表面缺陷检测,通过对图像进行预处理及边缘检测,找出墙地砖的四条边及左上角,首先对参考砖和待测砖之间的位移和旋转角度进行初步估计,对待测墙地砖进行平移,使其左上角与参考墙地砖的左上角对准并旋转完成初步配准,然后,用互相关法寻找更精确的平移参数进行精确配准,这样可以在像素与像素之间进行直接比较以进行缺陷检测,实验结果证明该方法能有效检测出像孔穴、裂纹等一般缺陷。     

透过散射介质的光阑识别及其分辨率研究

光束经过光阑后产生衍射图样,通过分析衍射图样可得到光阑的形状和尺寸等信息.当光束的传输路径中存在散射介质,散射介质的随机散射效应将导致光场变为随机的散斑场,无法直接从中获取光阑的信息.本文基于强度相关理论,实现了通过散斑场对光阑进行检测.实验结果表明,该方法可以有效地获得光阑轮廓信息.散斑重构的光强分布图的像素间距与实际物体的物理间距之间存在线性关系,能够利用重构图像对目标光阑进行定量测量,本实验散斑重构图像的最高分辨率为396.8μm/lp.     

层状结构Ⅰ型裂纹尖端场的焦散线实验研究

为研究岩层断裂行为,利用透射式静态焦散线实验系统,采用铝-环氧树脂层状试件模拟岩层结构,进行了静态三点弯曲实验。通过观察和测量不同试件以及在不同加载条件下裂纹尖端焦散斑特征尺寸的大小,分析了铝-环氧树脂层状结构Ⅰ型裂纹尖端静态断裂行为特性,并与ABAQUS数值模拟的结果较好地吻合。实验结果表明:1相同加载力F下,裂纹尖端Ⅰ型焦散斑特征尺寸D及应力强度因子值KI随试件所含铝板宽度w的增加而减小;2试件中铝板对裂纹尖端阻裂作用随着加载力F值增加而增强,其焦散斑特征尺寸值D与加载力F关系曲线D-F及应力强度因子值KI与加载力F关系曲线KI-F均呈现先上升、后变缓、再上升趋势;3铝板宽度w越大,则其对裂尖的阻裂现象出现越早。     

船体结构检测概率模型对裂纹分布更新的影响

在对现有的检测概率模型比较的基础上，提出了一种用于更新裂纹尺寸分布的检测概率模型，并且从理论上证明了大部分现有的检测概率模型都是新检测概率模型的特例．采用最小二乘法确定了检测概率模型中参数的取值，并用算例对新检测概率模型和现有的检测概率模型进行了比较．在此基础上，将新检测概率模型用于分析船体结构裂纹尺寸分布更新的问题，采用贝叶斯更新方法分析了检测概率模型对裂纹后验分布的影响．结果表明，新检测概率模型具有更好的拟合检测数据的能力，不同的检测概率模型对裂纹的后验分布有明显的影响．     

一种基于尺寸特性的图像边缘检测算法

在多尺度子波变换模极大值的基础上,根据图像有效边缘与噪声边缘在尺寸大小上的显著差异等特性,实现了一种按边缘尺寸按边缘尺寸小及按边缘尺寸大小自适应分块检测图像边的方法。实验表明,采用这一方法,可得到单像素宽,定位精确、抗噪声效果好的边缘图像,其效果明显优于经典的边缘检测方法。     

小区域引导下的水尺水位检测方法研究

针对复杂环境下水尺识别及水位线检测存在准确率较低的问题，提出了一种小区域引导下的水尺水位检测方法.首先，利用改进的YOLOv4算法定位水尺上的“E”字符分割小区域；其次，在小区域内使用改进DeepLabv3+算法对水尺进行分割；再次，利用Canny算法提取水面边缘线；然后，通过统计像素坐标计算得到水位线；最后，使用线性插值法换算出水位值.实验结果表明，改进的YOLOv4的准确率均值为94.13%，高于其他目标检测网络；改进的DeepLabv3+的平均交并比为82.17%，高于其他分割网络；小区域引导下的水位线平均像素为3.030，低于直接分割，与人工读数进行对比误差小于1 cm，满足水文检测规范要求.与传统的图像检测方法相比，测量准确度更高.     

超声弹性成象组织运动相关估计与解相关性

生物的软组织弹性成象需要检测组织在应力作用下的应变，跟踪超声图象中运动目标产生的散斑模式可以估计组织运动．文中建立了表征超声散斑运动和组织运动关系的超声散射模型．研究表明，当组织运动幅度较小时，可以用超声散斑图象相关估计方法，获得组织内平移、旋转和不可压缩形的运动分布；组织平移运动超声散斑没有解相关性，旋转运动的解相关性大于形变运动的解相关性；采用较低的换能器频率和较高的波束分辨力可减小散斑的解相关性．     

散焦含噪图像的点扩散函数估计与边缘检测

针对机器视觉中图像模糊的原因,采用广义高斯函数描述点扩散函数(PSF),建立边缘扩散模型,从一幅图像所含的多条边缘中提取样本,依据提出的整合准则从全部样本的估计结果中计算整幅图像的PSF,利用最优求解的概念,在最小二乘近似下实现PSF及亚像素级边缘位置的最佳估计.实验结果表明,由于获得了图像对应的PSF最佳估计,因此边缘检测具有比较高的抗噪性能,在边缘亚像素检测基础上完成的尺寸测量误差小于0.5%.     

一种基于视觉测量的亚像素边缘检测算法

图像边缘检测精度决定了目标实际尺寸的测量精度。利用亚像素边缘检测技术来解决工业生产中芯片管脚的测量和检测问题。针对传统空间矩算子存在计算量大和边缘定位精度不足等缺点,首先利用改进的Prewitt算子快速提取连续性较好的像素级边缘,然后推导了空间矩算子原理误差并利用改进的空间矩算子进行亚像素级边缘定位。实验结果表明该方法速度快,定位精度高,并且具有较强的抗噪能力。     

电镜成像方式对数字散斑相关方法结果的影响

研究了扫描电镜成像方式对数字散斑相关方法计算结果的影响,在此基础上对等离子喷涂铜涂层的变形场进行分析。结果表明二次电子成像和背散射电子成像的机理不同,应用时需要以相关系数及其标准差为标准,选取更为合适的成像方式。通过数字散斑相关方法显化了等离子喷涂铜涂层在加载过程中的应变场,结果表明随加载力增加,裂纹尖端应变场逐渐由蝴蝶状区域转为圆形钝化区。     

气门几何尺寸的多种边缘高精度检测

目前边缘检测算法只能检测水平边缘、垂直边缘,且检测精度低、处理速度慢、抗噪性能差;针对上述存在的缺陷,提出一种气门几何尺寸的多种边缘高精度尺寸检测算法。首先采用中值滤波和高斯滤波对气门采集图像进行预处理,然后针对不同的边缘使用不同检测算法实现图像边缘的像素级定位。在像素级边缘定位的基础上采用几何质心法亚像素边缘定位实现图像边缘的亚像素级精确定位。最后采用畸变校正技术对图像中边缘像素点的坐标进行校正,得到没有畸变情况下边缘像素点的理想坐标,根据像素当量计算得到气门的各个尺寸。通过在光学图像检测系统中的实际应用,证明提出的算法精确且稳定,满足高精度视觉检测的要求。