改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)字圖像相關(guān)方法是實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中最常用的測(cè)試方法之一,具有廣闊的工程應(yīng)用前景。擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法的形函數(shù)選取擴(kuò)展有限元位移模式,一定程度上突破了傳統(tǒng)數(shù)字圖像相關(guān)方法不適用于不連續(xù)變形場(chǎng)測(cè)試的局限性,擴(kuò)大了方法的適用范圍。本文的主要研究?jī)?nèi)容就是對(duì)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法的算法進(jìn)行改進(jìn),以進(jìn)一步提高方法精度,擴(kuò)大其工程應(yīng)用范圍。
　　本文提出的改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法主要對(duì)方法進(jìn)行了如下三點(diǎn)優(yōu)化和改進(jìn):首先,提出了單單元的相關(guān)方案和核區(qū)

2、的數(shù)據(jù)后處理方法,與整體相關(guān)方案相比,本文方法可有效減少子區(qū)間誤差傳遞,一定程度上提高方法測(cè)試精度。其次,提出了環(huán)形模板的整像素位移搜索方法,及改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法中Newton-Raphson算法(N-R算法)迭代初值的選擇方案。利用環(huán)形模板搜索得到的整像素位移為N-R算法提供迭代初值,減少了迭代不收斂現(xiàn)象的出現(xiàn)。另外,由于環(huán)形模板具有旋轉(zhuǎn)不變性,而雙線(xiàn)性位移模式又能完全描述剛體轉(zhuǎn)動(dòng),因而,結(jié)合環(huán)形模板整像素位移搜索的改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字

3、圖像相關(guān)方法可以測(cè)試含任意轉(zhuǎn)角的變形。再次,提出了子區(qū)優(yōu)選法,利用相關(guān)系數(shù)的值來(lái)確定最優(yōu)子區(qū)的尺寸和位置,使材料彈性常數(shù)、裂紋尖端變形場(chǎng)等力學(xué)參量的測(cè)試更精確。
　　本文利用模擬散斑圖及實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法的測(cè)試精度進(jìn)行分析。對(duì)于單單元相關(guān)方案,單個(gè)子區(qū)變形場(chǎng)的測(cè)試精度即表明了方法的測(cè)試精度。精度分析結(jié)果表明:當(dāng)子區(qū)所選形函數(shù)的位移假設(shè)能夠完全描述子區(qū)真實(shí)變形時(shí),大的子區(qū)可以減少隨機(jī)誤差進(jìn)而提高測(cè)試精度,且具有較少節(jié)點(diǎn)的

4、單元類(lèi)型對(duì)應(yīng)較高的測(cè)試精度;形函數(shù)選取裂紋貫穿單元位移模式來(lái)測(cè)試裂紋貫穿子區(qū)變形場(chǎng)時(shí),其測(cè)試精度低于分別利用基于常規(guī)單元位移模式的改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)試裂紋兩側(cè)的連續(xù)變形場(chǎng);基于四節(jié)點(diǎn)矩形單元位移假設(shè)的改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)試符合其變形假設(shè)的位移場(chǎng)時(shí),最大絕對(duì)誤差出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)處,且當(dāng)給定位移接近整像素或半像素時(shí),測(cè)試誤差較小。
　　最終將本文提出的改進(jìn)擴(kuò)展數(shù)字圖像相關(guān)方法應(yīng)用到工程實(shí)際問(wèn)題的測(cè)量中:測(cè)試了手機(jī)導(dǎo)光板的彈性常