数字散斑相关方法研究
数字散斑相关方法研究与应用的开题报告
数字散斑相关方法研究与应用的开题报告一、选题背景数字散斑相关方法是利用数学和光学原理，将数字信息和光学信息相结合，将数字图像转化为散斑图像进行处理的一种方法。
它广泛应用于物体三维形貌测量、物体表面形态变形的研究、无损检测、高精度位移测量等领域，进而推动了这些领域的发展。
随着数字散斑相关方法应用的扩大和深入，越来越多的新技术和新应用被发掘出来，因此本文选择数字散斑相关方法作为研究课题。
二、研究目的本研究旨在探索数字散斑相关方法的原理、算法与应用，分析其在物体三维形貌、位移测量、形态变形测量等方面的作用和优势，研究数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题和解决方法，为数字散斑相关方法在相关领域的应用提供参考。
三、研究内容1.数字散斑相关方法的原理与算法分析；2.数字散斑相关方法在物体三维形貌测量应用中的研究；3.数字散斑相关方法在物体位移测量应用中的研究；4.数字散斑相关方法在物体形态变形测量应用中的研究；5.数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题及解决方法的研究。
四、研究方法1.文献调研法：对数字散斑相关方法相关的经典文献、技术应用论文和专利文献进行调研，了解其发展历程和现状；2.实验研究法：结合数字散斑相关方法的实际应用情况开展实验，评估其效果，发现解决实际问题的方法；3.数学模型法：依据数字散斑相关方法的原理，建立数学模型，进行数值计算和仿真分析。
五、预期结果1.深入了解数字散斑相关方法的原理、算法、特点及其在相关领域的应用情况；2.总结数字散斑相关方法的优缺点，为进一步研究提供基础；3.探索数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题，并提出解决方法；4.为数字散斑相关方法的研究和应用提供参考。
六、研究意义1.能够进一步深入了解数字散斑相关方法的原理和算法，为相关研究提供基础和指导；2.能够总结数字散斑相关方法在物体三维形貌、位移测量、形态变形测量等方面的应用情况和优势，为相关领域的实际应用提供参考；3.能够发现数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题并提出解决方法，为相关科研人员提供参考。
数字图像相关方法
数字图像相关方法(DICM)前言数字图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DICM)，又称为数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Method，简称DSCM)，是应用于计算机视觉技术的一种图像测量方法。
数字图像相关(Digital Image Correlation，i.e. DIC)测量技术是应用计算机视觉技术的一种图像测量方法，是一种非接触的、用于全场形状、变形、运动测量的方法。
它是现代先进光电技术、图像处理与识别技术与计算机技术相结合的产物，是现代光侧力学领域的又一新进展。
它将物体表面随机分布的斑点或伪随机分布的人工散斑场作为变形信息载体，是一种对材料或者结构表面在外载荷或其他因素作用下进行全场位移和应变分析的新的实验力学方法。
在实验固体力学领域中，对于不同载荷下，材料和结构表面的变形测量一直是一个较难的课题。
一般包括接触式和非接触式两种，对于一般使用的电阻应变片接触式测量方法，受其测量手段的限制，不能得到全场数据，且测量范围有限，不能得到物体整体上的变形规律。
而对于全场的非接触式光学测量方法，包括干涉测量技术(例如全息照相干涉法，散斑千涉法)和非干涉技术(例如网格法和数字图像相关测量法)。
由于干涉测量技术要求有相干光源，光路复杂，且测量结果易受外界震动的影响，多在具有隔振台的实验室中进行，应用范围受到了极大的限制。
而非干涉测量技术是通过对比变形前后物体表面的灰度强度来决定表面变形量，对光源和测量环境要求较低。
数字图像相关测量技术可以直接采用自然光源或白光源，通过具有一定分辨率的CCD相机采集图像，并利用相关算法进行图像处理得到变形信息，可以说，DIC是一种基于数字图像处理和数值计算的光学测量方法。
由于该技术的直接处理对象是数字图像，而随着科学技术和数字化技术的不断发展与更新，数字图像的分辨率和清晰程度不断扩大，因此，数字图像处理技术的测量精度也在不断提升。
一种基于数字投影散斑的双目视觉图像匹配改良技术
一种基于数字投影散斑的双目视觉图像匹配改良技术【摘要】本文探讨了一种基于数字投影散斑的双目视觉图像匹配改良技术。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
在对数字投影散斑技术进行了介绍，分析了双目视觉图像匹配方法，阐述了改良技术的原理，并通过实验验证了其有效性。
对改良技术与传统方法的性能优势进行了对比分析。
在展望了技术的应用前景，总结了研究成果，并提出了进一步研究的方向。
本研究的成果为双目视觉图像匹配技术的发展提供了新的思路和方法，具有广阔的应用前景。
【关键词】关键词：数字投影散斑、双目视觉、图像匹配、改良技术、实验验证、性能优势、应用前景、研究成果、研究方向1. 引言1.1 研究背景数字投影散斑技术是一种利用数字投影和散斑成像相结合的先进成像技术，能够提高双目视觉系统的成像质量和匹配精度。
随着计算机视觉和机器视觉技术的快速发展，双目视觉图像匹配在三维重建、目标识别和定位等领域有着广泛的应用前景。
传统的双目视觉图像匹配方法在处理复杂场景和光照变化时存在诸多挑战，如匹配算法的稳定性和精度不高等问题。
对双目视觉图像匹配技术进行改良和优化具有重要意义。
本文旨在基于数字投影散斑技术，提出一种改良的双目视觉图像匹配技术，通过引入数字投影散斑技术的先进成像原理和算法，改进传统双目视觉图像匹配方法，提高匹配的准确性和效率。
通过对改良技术的研究与实验验证，探讨其在实际应用中的性能优势与潜在的技术应用前景。
1.2 研究意义数字投影散斑技术是一种基于数字散斑的成像方法，通过对物体进行数字散斑光源照射，利用物体表面产生的散斑信息来实现三维重建和深度信息获取。
在双目视觉图像匹配中，传统的匹配方法存在着计算复杂度高、匹配精度不高等问题，限制了其在实际应用中的效果和性能。
基于数字投影散斑的双目视觉图像匹配改良技术具有重要的研究意义。
该技术可以有效提高双目视觉图像的匹配效率和精度，从而提升了双目视觉系统在三维重建、目标检测和测距等领域的应用性能。
数字散斑干涉(DSPI)研究的文献综述
数字散斑干涉振动测量技术研究进展摘要：数字散斑干涉技术（DSPI）是一种光学测试方法，具有非接触、高灵敏度、全场、实时、无损检测的特点，在振动测量方面有着较大的优势。
本文从图像处理、相移技术等方面阐述了数字散斑干涉振动测量的发展现状，并对其中的关键技术进行了比较和分析。
关键词：数字散斑干涉，振动测量，数字图像处理，相移技术Research Progress on V ibration Measurement Using Digital SpecklePattern InterferometryAbstract:Digital speckle pattern interferometry (DSPI) is an optical testing and measuring method，a non-contact, high-sensitivity, full-field, real-time, non-destructive one, which has an advantage in vibration analysis. This paper introduces the recent progress on DSPI vibration measurement from aspects of digital image processing and phase shifting, also compares and analyzes their key technologies.Keywords:Digital speckle pattern interferometry; Vibration measurement; Digital image processing; Phase shifting0 引言散斑计量技术是现代光测力学技术中的一种。
它具有非接触、无损、全场、高精度、实时测量的特点，在轮廓、应变、位移和振动测量方面有着广泛的应用前景[1]。
探究数字散斑相关方法与应用研究进展
２ ． ３灰度级 的重建 在对 数字散斑相 关技术进行运 用的过程 中，往往需要在 亚像素水平上进 行一定程度 的求解，这就 需要得到整体像 素之 间位置上 的灰度值 ，为了有效实现这 一 目的 ，需要对 数字图像进行 一定程度 的插值 处理 。在最 开 始的时候 ，插值 方法主要采用 双线性插值 方 式，随着数字 散斑相关方法 的不断发展 ，原 先的插值方式发生转变 ，逐渐变成三 次插枝 、 多项式插值 、三次样条插值 、分形插值 以及 面拟和法等插 值方式 ，且各 种插值方式 具有 不 同的特 点。对于双线性插 值来说 ，它具 有 简单实用 的特 点 ，而高 阶插 值函数所 引起 的 系统误差较 小。例如 ，三次 样条插值 的精 度 较之于双线性 插值方式 的精度 要高 ，然而 ， 高阶插值方 式往往需要花 费更多的时 间。针 对这两种特 点 ，在对插值 方式进行选择 时 ， 需要对 结果精度 以及插值 消耗时间进行 综合 的考虑。
１ 、 数宇散斑相关方法 的基本原理 以 及数学模型
数字散斑 相关方法 的主要原理 如下 ：首 先 ，对 相关的 图像进 行搜集 ，并进行数字化 处理 ，这样一来 ，通 过对物体在 不同变形状 态或者 不同变形 时刻的两幅 图像 进行一定程 度 的处 理，从而得 到面 内位移分 量和面 内位 移梯度 。一般情况 下，变形识别 具有一套较 为 固定 的流程 ，主要 如下 ：首先 要做的工作 是 数字散斑 图的采 集 ，在采 集完成物体变形 前 后的两幅数字散 斑 图之后 ，分别对变形前 图像 中的一小块 图像 以及变 形后图像 中的一 小块 图像进行 定义 ，前者定 义为样本子 区， 后 者定义为 目标子 区 ，这样 一来，只需要有 效 寻出 目标子 区与样本子 区之 间的一一对应 关 系，就 能够对相关 的变量进行有效的提取。 在 样本子区与 目标子 区的位 置差别之 中，包 含 了相应 的位 移分量 ，而在 样本子区与 目标 子 区的形状差 别之中 ，则包 含了应变分 量。 因 此 ， 通 过 这 种 方 法 就 可 以 对 变 形 测 量 问题 进 行一定程度 的转化 ，使 其成为一个数字 计 算过程 。从 理论上来看 ，只要能够有 效获得 反映被测对象不 同变形状态 的表 面数字图像， 同时保证这些 数字 图像都 是 由具有一 定对 比 度 和信息层 次的散斑所构 成，那么就 可以对 数 字散斑相 关技术进行 一定程度上 的利 用， 并在此基础 之上对变 形等信息进行有 效的提
数字散斑相关方法及应用进展
第6卷 第4期2013年8月 中国光学 Chinese Optics Vol.6 No.4Aug.2013 收稿日期:2013⁃04⁃13;修订日期:2013⁃06⁃15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.51075116);安徽省国际科技合作计划资助项目(No.12030603012);教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(2011JYLH1150)文章编号 1674⁃2915(2013)04⁃0470⁃11数字散斑相关方法及应用进展王永红1∗,梁 恒1,王 硕1,张 浩1,杨连祥1,2(1.合肥工业大学仪器科学与光电学院,安徽合肥230009;2.美国奥克兰大学机械工程系,密歇根罗切斯特48309)摘要:数字散斑相关方法(DSCM)是一种可以测量变形和应变的光学非接触测量方法,其通过对变形前后物体表面的图像进行灰度信息相关计算来获取被测物的力学性能。
本文叙述了数字散斑相关方法近年来在国内外的发展动态和应用现状,详细论述了基于自适应遗传算法、智能神经网络方法、小波变换法的一系列新型相关搜索方法。
文章指出,近年来,数字散斑相关技术已发展到相对成熟,目前的研究重点是提高测试精度和图像处理速度,而提高散斑图像质量和研究高效的算法是需要努力的方向。
关 键 词:数字散斑相关;相关搜索;精度;效率中图分类号:O436.1 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20130604.0470Advance in digital speckle correlation method and its applicationsWANG Yong⁃hong 1∗,LIANG Heng 1,WANG Shuo 1,ZHANG Hao 1,YANG Lian⁃xiang 1,2(1.School of Instrument Science and Opto⁃electronic Engineering ,Hefei University of Technology ,Hefei 230009,China ;2.Deptartment Mechanical Engineering Oakland University ,Rochester ,Michigan ,USA 48309)∗Corresponding author ,E⁃mail :yhwang@Abstract :Digital speckle correlation (DSCM )is a noncontact measuring method for displacements andstrains,which obtains the mechanical properties of an object by calculating the gray information correlation of the object images before and after deformations.The method has been applied successfully in mechanical measurements in the past twenty years.This paper introduces the developing states of the DSCM and gives ap⁃plication examples.Some new technologies involved in the DSCM are reviewed,such as genetic algorithm,neural networks and wavelet transform.Finally,it points out that DSCM research will focus on improving measuring accuracy and image processing speeds in the future,including improving speckle image quality and researching higher effective algorithms.Key words :digital speckle correlation;search algorithm;accuracy;efficiency1 引 言 数字散斑相关方法(DSCM)是一种可以测量变形和应变的光学非接触测量方法,其通过计算变形前后物体表面图像的灰度信息相关来获取被测物的力学性能。
数字散斑相关法概述
数字散斑相关法概述摘要：数字散斑相关法自出现以来，一直是图像处理领域中一种重要的方法。
它属于机器视觉测量法，由于它是非接触式的，所以如今在众多领域中，它的应用越来越广泛。
尤其在高精度的形变测量中，它一直是研究者们重点研究的对象。
目前，该方法能达到的亚像素精度最高为0.001pixel。
关键词：数字散斑相关法；机器视觉；形变测量；亚像素1. 前言材料以及结构件在载荷作用下的位移和变形情况，一直是实验力学研究的重点。
而物体变形测量技术主要可以分为两类：接触式和非接触式测量。
而目前应力应变测量方法大概有以下几种：（1）应变片电测法：电阻应变；（2）光纤光栅法：光栅反射光的波长；（3）光弹性法：材料的双折射效应，干涉条纹；（4）机器视觉测量方法。
机器视觉法属于非接触式测量，其中在实验测试的工程测量中用得较多的就是数字散斑相关方法(Digital Speckle Correlation Method，DSCM)。
2. 数字散斑相关法数字散斑相关方法（DSCM），或者称为数字图像相关方法(DIC)，是数字图像处理技术应用于光测力学的过程中产生的新的测试手段，是对全场位移和应变进行量化分析的光测实验力学方法，该方法是利用被测构件表面变形前后的两副图像的灰度值进行相关运算，从而达到求解变形体表面位移和应变的目的[1]。
在实际测量过程中，数字散斑相关法光路简单、可以白光作为实际广元，不需要严格的环境条件，并可对全场范围内的区域进行非接触测量测量，能够与全息成像、医学成像、传感器、形变测量等技术相结合，在实际测量中有着广泛的应用[2]。
但是，数字散斑相关方法也有不足之处，比如：由于环境、光源、位移场中散斑点大小的改变，使得其他峰值点的相关系数和待测点的相关系数差别不大，有时甚至出现比待测点的相关系数还要大的情况，这就会造成误差，所以散斑相关测量法的关键就在于如何快速、准确地找到待测点[3]。
因此，搜索方法和测量算法的研究是数字散斑相关方法运用于实验和工程的重点、难点。
数字散斑相关方法
数字散斑相关方法引言：数字散斑相关方法是一种应用于光学散斑图像处理的技术，可以提取图像中的信息并进行分析。
本文将介绍数字散斑相关方法的原理、应用以及发展趋势。
一、原理数字散斑相关方法的原理基于光学散斑现象。
光通过透明介质时，由于介质内部的密度或折射率的不均匀性，光波会发生相位差，形成散斑。
数字散斑相关方法利用散斑图像中的相位信息，通过相关运算，得到图像中的物理量或形态信息。
二、基本步骤1. 采集散斑图像：使用光学系统和相机等设备采集散斑图像，保证图像的清晰度和分辨率。
2. 预处理：对采集到的散斑图像进行去噪、平滑和增强等预处理操作，提高图像的质量。
3. 提取相位信息：利用数字图像处理算法，提取散斑图像中的相位信息，如使用傅里叶变换或小波变换等方法。
4. 相关运算：将提取到的相位信息与参考图像进行相关运算，得到相关输出图像。
5. 物理量或形态信息提取：通过对相关输出图像进行分析，提取出所需的物理量或形态信息。
三、应用领域1. 光学检测：数字散斑相关方法在光学检测领域有广泛应用。
通过对散斑图像的处理，可以实现对物体的位移、形变、压力等参数的测量。
2. 表面形貌测量：数字散斑相关方法可以用于表面形貌的测量，如粗糙度、曲率等参数的提取。
3. 光学显微镜图像处理：应用数字散斑相关方法对显微镜图像进行处理，可以提高图像的清晰度和对比度。
4. 光学图像识别：数字散斑相关方法可以用于光学图像的识别，如指纹识别、虹膜识别等。
5. 光学通信：数字散斑相关方法在光学通信中也有应用，可以提高光信号的传输质量和可靠性。
四、发展趋势1. 算法优化：随着计算机技术的发展，数字散斑相关方法的算法将会不断优化，提高计算效率和图像处理质量。
2. 多模态融合：数字散斑相关方法可以与其他图像处理方法相结合，实现多模态图像的融合，提高图像处理的准确性和可靠性。
3. 深度学习：深度学习技术在图像处理领域有着广泛的应用，数字散斑相关方法也可以与深度学习相结合，提高图像处理的自动化和智能化水平。
基于数字散斑技术的煤层群开采覆岩运移规律试验研究
第30卷第5期2021年5月中国矿业CHINA MINING MAGAZINEVol.30,No.5May2021智能矿山基于数字散斑技术的煤层群开采覆岩运移规律试验研究晏涛，王明，夏向学(华北科技学院，河北三河065201)摘要：为研究缓倾斜近距离煤层群开采时上覆岩层运移及含水层水动力演化规律，防止煤层群下行开采时发生突水事故，采用流固耦合相似模拟试验、应用数字散斑技术、理论分析等研究手段对某煤矿六采区综采工作面煤层群开采后的顶板变形破坏进行研究。
结果表明：①14#上组煤层开采过程中，隔离煤柱能够较好地控制顶板的移动变形，15#下组煤层重复开采时会破坏上组煤层隔离煤柱，导致顶板的变形破坏加剧；②煤层群开采后覆岩位移传播方向为竖直方向，同一岩层位移呈现出中间下沉量大、两侧下沉量小的盆地特征；③应用数字散斑技术测得14#上组煤层和15#下组煤层开采后覆岩位移最大影响高度分别为29.0m和32.8m,与经验公式法计算结果进行对比，观测误差分别是18%和5.3%;④工作面依次下行开采14#煤层和15#煤层时含水层有发生突水的危险&关键词：数字散斑技术；流固耦合；相似模拟；运移规律中图分类号：TD82文献标识码：A文章编号：1004-4051(2021)05-0120-05Experimental study on overlying strata migration law of coal seam group miningbased on digital speckle technologyYAN Tao,WANG Ming,XIA Xiangxue(North China Institute of Science and Technology,Sanhe065201,China)Abstract:In order to study the law of overlying strata migration and aquifer hydrodynamic evolution duringmining of gently inclined and close distance coal seams,and to prevent water inrush accidents duringdownward mining of coal seams,the deformation and failure of roof of fully mechanized working face inNo.6mining area of a coal mine is studied by means of fluid solid coupling similar simulation test,digitalspeckle technology application and theoretical analysis.The results show that during the mining process of14#upper group coal Phe isolaPed coal pi l ar can be P er conProlPhe movemenPand deforma ion ofPhe roofwhilePherepeaPed mining of15#lower group coal wi l desProyPhe isolaPed coal pi l ar of upper group coalresulting in the aggravation of roof deformation and failure;after the mining of coal seams,the overlyingstrata displacement propagation direction is vertical direction andthe displacementofthesamestratumpresents the characteristics of large middle subsidence and small subsidence on both sides；the maximuminfluence height of overburden displacement measured by digital speckle technology is29.0m and32.8mafter mining14#upper group coal and15#lower group coal respectively and compared with the calculationresults of empirical formula method,the observation error is1.8%and5.3%；瓦aquifer water inrush riskwi l occurwhen14#coalseamand15#coalseamaremineddownsuccessively.Keywords:digital speckle technology；fluid solid coupling；similarity simulation；migration law收稿日期：2020-08-27责任编辑：边晶莹基金项目：河北省高等学校科学技术研究项目资助(编号:ZC2021103)；河北省自然科学基金重点项目资助(编号：D2017508099)第一作者简介：晏涛(1991—)，男，硕士，讲师，主要从事矿山地质方面的教学与研究工作，E-mail：549161561@。
基于数字散斑相关法的岩石材料力学性能的测试
基 于数 字 散 斑 相 关法 的岩 石材 料 力 学 性 能 的测 试
米 红 林
（ 上 海应 用 技 术 学 院 机 械 工 程 学 院 ， 上海 ２ ０ １ ４ １ ８ ）
摘 要 ： 岩 石在 外 力作 用下会发 生 形 变 ， 发 现 和 了解岩 石 材料 的 形 变 、 应 力 分布 等对 避 免 灾 害会 起 到 重要 的预 警作 用 。采用 高精度 的 数 字散 斑相 关技 术 ， 对 岩 石材 料 形 变、 应 力 和 应 变进 行 了 非接 触式 测量 。为验 证 实验 结果 的有效性 ， 电 阻应 变计 贴 附于采 集 区 附近 并且 实验 结 果 与 电测
结果 吻合较 好 。表 明数 字散斑 相 关测 量技 术 能 够 用 于岩 石 等材 料 的 形 变检 测 ， 预 报 变形信 息 ，
结果 可 以定量 和定性 显 示 。
关键词 ： 光 学测 量 ； 数 字散 斑相 关技 术 ； 岩 石材 料 ； 形变
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ２ ４ １ ； ０ ３ ４ ８ ． １ １ 文 献 标 志码 ： Ａ 。ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ５ ７ ６ ８ ／ Ｊ ＡＯ ２ ０ １ ３ ３ ４ ． ０ １ ０ ３ ０ ０ ６
第３ ４卷 第 １期
２ ０ １ １ ．３ ４ Ｎｏ． １
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ
Ｊ ａ ｎ ． ２ Ｏ １ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ ２ — ２ ０ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ２ ３ — ０ ５
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ４ １ ８，Ｃｈ ｉ ｎ ａ）
浅谈数字散斑相关测量方法
搜索 的方法进行 了改进 ， 利用粗相关与细相关 相结合的方法提高ｏ Ｃ・ ｈ 和 ａｓｎ 较之其他光测力学方法 ， 该方法的优点是 ：） １ 实验具有非接触 了计算 的速度 ， 等对数字散斑相关方法的精度进行 了研究 ， 完善 了这种测试方法 性、 无损测试的特点 。２ 光路简单 ， 以使用 白光作光 源。３ 表 面 ） 可 ） Ｍ・ Ｓｔ ｏ 处理技术简便 ， 直接 从被测物体表 面 自然或人工形成 的随机斑 的理论 ； Ａ・ｕｔｎ等人又从理论 上分析 了亚像素恢 复过程所 可 提出了亚像素恢复等合 理方法。１ ８ ， ｒｃ ９ ９年 Ｂ ｕｋ 点来 提取所需的变形信息。４ 对测量环境要求不 高 ， 于实现工 带来 的测量误差 ， ） 便
的位 移 、 变 。 应
此后 ， 一些学者在如何加快相关运算 的速度和提高运算精度
９ ３年 Ｐ ｔｒ ｅｅ 首先应用数 字散斑相 标准 ， 以此判断在 目标图像 中的子 区是否 与样本 图像 中给定的子 等方面做 了大量 的研究工作。１８ 关方法进行 了刚体位移 测量方 向的研究 。同年 Ｓ ｔ ｎ又 对相关 ｕｔ ｏ 区对应。运用一种高效的相关搜索算法 ， 获取分析对象 的位移和
但针对钢结 构厂房 ， 在浇筑楼板 时， 钢结构主体 已经完成 ， 所有的 用， 以减少支模的工程量。
以上是钢结构 常用 的几种 楼板 形式 ， 设计 时要针对现场 的实 更大 的作用 。
梁柱构件均可 以作为 支撑 模板 的支 架 ， 工时 可 以考 虑 充分 利 际情况综合考虑 ， 施 以使 楼板 在结构 的安全性 、 用性方 面能发挥 适 ｓ 预应力空 心板 也 是近 来 钢框 架结 构采 用 较多 的 楼板 形 参 考文 献： Ｐ 式， 普遍适用于没有振 动荷 载的结构 ，Ｐ板的端部 板底预埋 有钢 ［ ］ Ｂ ５ ０ ７２ ０ ， ｓ １Ｇ ０ １—０ ３ 钢结构设计规 范［ ］ Ｓ． 板与框架梁焊接连接 ， 跨度 最大 可达 １ ． ２ ６ｍ， 由于 Ｓ Ｐ板可 以采用 ［ ］５ Ｇ ０ ，Ｐ预应 力空心板［ ］ ２０ Ｓ ４ ８ ｓ Ｓ．
数字散斑相关方法测定混凝土表面位移场
（ 二维数 字散 斑 相关 方法 ） 是近 年来 迅速 发展起 来 的
一
种光 力学 测量 技术 。由于具 有非 接触 、 光路 简单 、
全 场测 量等 优点 ， 方 法 多 被 用 于对 材 料 或 者 结 构 该 表 面在 外载 或其 它 因 素 作 用下 的变 形 场 进 行测 量 。 随 着计 算机 技术 与 摄像 技术 的发 展 ， 字 散 斑 相关 数
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｓ ｎ ｇ ｔ ｌｓ ｅ ｋｌ ｓ ｃ ｒ ｅ ａ ｉ ｅ ｈｏ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ｇ ｄｉ ｉａ ｐ ｃ ｅ ｏ ｒ ｌ ｔｏｎ ｍ ｔ ｄ，ｔ ｓ ｐ ｐｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｃ ｃ ｅ ｅ ｔ ｓ ｕ ｕ — ｈｉ ａ ｒ ｒ ｓ ＇ ｃ ｅ ｏｎ ｒ ｔ ｅ ｔｃ ｂｅ ｓ ｒ ａ ｆ ｃ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｕｎｄ ｒｃ ａ ｅｄｅ ｏ ｍ ｔｏ ｅ ｏｍｐｒ ｓ ｉ ｅ ｌ ａ ｉ ｅ ｓ ｖ ｏ ｄ ｎｇ，ａ ｒ ｗｓ ｔ ｕ ｌｆｅ ｄ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ａ ｆｘ ｄ ｒ ｃ ｎｄ ｄ ａ ｈｅ ｆ ｌ—ｉ ｌ ｉ ｐ ａ ｅ ｎｔｍ ｐ ｏ ｉｅ — ｔｏ ｎｄ ｙ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｏｎ ｒ ｔ ｅ ｔ ｃ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ Ｔｈ ｘｐ ｒｍｅ ｔ ｉ ｉａｔ ｓ ｔ ｔ ｉ ｉａ ｐｅ ｋｌ ｉ ｎ ａ ｉｅ ｔｏ ｎ ｃ ｃ ｅ ｅ ｔ ｓ ｕｂ ｕ ｆ ｃ ． ｅ ｅ ｅ ｉ ｎ ｎｄ ｃ ｅ ｈａ ｄ ｇ ｔ ｌｓ ｃ ｅ
ｔ ｌ— ｉ ｌ ｓ ａ ｅ ｅ ｔ ｏ ｎ ｒ ｔ ｕ ｆ ｃ ｈｅ Ｆｕ ｌｆｅ ｄ Ｄｉｐｌ ｃ ｍ ｎ ｆＣｏ ｃ ｅ ｅ Ｓ ｒ ａ ｅ
Ｆｕ Ｇ ｕ ｎ ｏｎ ａ ｇｌ ｇ， Ｈ ｅ Ｘｉ ｏ ａ ａ ｙｕ ｎ
数字散斑相关测量中亚像素位移测量方法的比较
令
6
v=
6 b 6 ca (6 ab ) - 6 a 6 b 6 ab 6 ca - 6 a 6 cb (6 ab ) - 6 a 6 b
i 2 i i i 2 2 i 2 i i i i i 2 i 2 i i 2 i 2 i
a i bi 6 c i bi -
i
( 5)
i i
( 6)
U + u , V + v 即是所求的位移 . 图 5 给出第 2. 3 小节所述之高斯插值法 与本小节所述之梯度法的误差曲线比较 . 可以看到, 当位移小于 0. 04 像素时, 梯度 法的误差比较小 , 当位移在 0. 01 像素时, 梯度 法的相对误差在 6% 左右 , 这是可以接受的. 而当位移大于 0. 04 像素时 , 插值法的误差小于梯度法. 2. 5 基于梯度的计算方法二 2. 4 小节所述之梯度法, 直接从变形前与变形后的灰度图展开推导 . 本小节所述之梯度法 先选取一个相关系数计算公式, 然后再进一步推导. 这种新的方法的基本原理如下 : 首先选取相关公式 , 本文选取了另一种相关公式 , 它是式 ( 1) 的平方 , 即式 ( 7) .
[ 1]
6 6
C ( u, v ) =
m
m
[ f ( x i , y j ) - f-] [ g ( x i + u, y j + v ) - g] ( 1)
i= 1 j = 1 2 [ f ( x i, y j ) - f]
6 6
m
m
i= 1 j = 1
6 6
Hale Waihona Puke mm2 [ g( x i + u, y j + v) - g]
图 1 三点插值、 五点插值和 七点插值的相 对误差曲线
数字图像相关法(DIC)
DIC是一种非接触式的高精度位移、用于全场形状、变形、运动测量的方法，也是现代光测量力学领域内最有应用前景的测量方法。
其应用研究方向，正朝着从常规材料到新型材料的测量，从弹性问题测量到强塑性问题的测量，从常温到高温的测量，从宏观测量到微观测量的趋势发展。
DIC方法在上世纪80年代初被提出，经过30多年众多学者的研究，DIC 技术上已经非常成熟。
这种方法又被称为数字散斑相关法，它直接处理的对象是具有一定灰度分布的数字图像（散斑图），通过对比材料或者结构表面在变形前后的散斑图运用相关算法得到全场位移和应变。
该方法对实验环境要求极为宽松，并且具有全场测量、抗干扰能力强、测量精度高等优点。
其基本测量原理如下图：用于固体材料和结构表面位移、变形和形貌测量的数字图像相关方法(Digital image correlation, DIC)是一种基于数字图像处理和数值计算的非干涉变形测量方法，与其它基于相干光波干涉原理的光测方法（如电子散斑干涉、云纹干涉法）相比，数字图像相关方法具有其明显和独特的优势：1）仅需要一个（2D DIC）或两个数字相机(3D DIC)拍摄变形前后被测物体表面的数字图像，其光路布置、测量过程和试样准备简单；2）无需激光照明和隔振，对测量环境要求较低；3）可与不同时间分辨率和空间分辨率的数字成像设备（如高速摄像机、光学显微镜、扫描电子显微镜）直接结合，因此适用测量范围广泛。
可以说，数字图像相关方法是当前实验力学领域最活跃也最受关注的光测力学方法之一，作为一种灵活、有效和功能强大的变形测量手段，数字图像相关方法在各种材料和结构表面变形测量、力学和物理参数表征以及验证力学理论和有限元分析的正确性等方面获得了无数令人影响深刻的成功应用。
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DIC实验报告范例
DIC技术在全场变形测量中的应用实验一、DIC技术的应用数字图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DICM)，又称为数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Method，简称DSCM)，是应用于计算机视觉技术的一种图像测量方法。
随着现代的工业技术、科学研究的飞速发展，在材料领域中，研究材料的位移和应变大小同时对材料的变形和力学性能具有重要的意义。
而传统的接触式测量工具和传统的光学测量方法，由于其局限性已经不能再满足测量要求。
数字图像相关法(Digital Image Correlation)以其具备全场和局部变形测量、非接触测量、对场地要求不高、实现简单、应用范围广的优点，成为研究材料位移和应变的大小新方法。
它将物体表面随机分布的斑点或伪随机分布的人工散斑场作为变形信息载体，是一种对材料或者结构表面在外载荷或其他因素作用下进行全场位移和应变分析的新的实验力学方法。
目前DIC技术已经在电子封装、材料测试、断裂力学、航空航天、生物力学以及显微测量等众多领域得到应用，取得了瞩目的成就。
二、实验目的本课采用教学实验及实践活动形式，让学生熟悉DIC（Digital Image Correlation，数字图像相关）技术在全场变形测量中的作用及使用范围，了解利用DIC技术进行变形测量的典型流程及软硬件的使用方法，掌握利用DIC专用软件Vic-Snap, Vic-2D 及Vic-3D的操作方法并通过软件计算获得需要的实验结果，对实验结果进行必要的后处理以获得更多的变形信息。
加强和巩固对工程材料、材料力学、成形技术等课堂上所学的理论知识，拓展学生的科研思维，培养学生综合应用所学知识、分析和解决工程实际问题的能力。
由于其适用性广，可测量并获得任意试样形状或零件的表面变形信息，为研究生的相关科研研究提供一种强大的技术支撑及实验手段。
三、实验内容1. 准备试样a) 利用线切割手段，按照GB/T 228-2002标准切制试样，试件编号为1-1和1-2；b) 利用香蕉水或三氯乙烷将试样表面清洗干净，清除试样表面的细小毛屑;c) 进行试样标号，用千分尺及游标卡尺测量并记录试样初始几何参数，如宽度、厚度等；d) 在试样需测试表面喷涂均匀的哑光白底漆，放置在阴凉通风处晾干，均匀喷洒哑光黑色散斑于哑光白底漆上，并晾干。
数字散斑相关方法选修课论文
数字散斑相关方法( DSCM) 是一种可以测量变形和应变的光学非接触测量方法，其通过计算变形前后物体表面图像的灰度信息相关来获取被测物的力学性能上世纪80年代，人们在激光散斑相关性分析的基础上提出了DSCM，经过不断深入的研究发展，目前该技术在各领域的应用已经日臻成熟同实验力学中的其它方法相比较，该方法具有测量光路相对简单测量环境要求低非接触测量等优点基于以上优点，该方法在材料力学的性能测量研究中具有非常重要的意义数字散斑相关技术的测量过程是记录物体变形过程的散斑图，通过结合高速视频记录或高速摄影系统来采集变形过程连续序列图像信息，即可实现动态实时的测量近年来，国内外研究人员围绕数字散斑相关做了大量研究工作，针对如何提高测试精度和图像处理速度两个目标，提出了一系列搜索算法亚像素算法系统误差分析和应变场求取等理论和技术目前，DSCM的研究主要集中在应用研究领域，并以提高精度和速度两个指标为重点本文介绍新型相关搜索方法以及国内外数字图像相关技术在各个领域的研究进展相关搜索方法自上世纪80年代初，I．Yamaguch和W．H．Peters W．F．Ｒanson等人提出DSCM以来，经过众多的国内外学者不断的深入探讨，该方法已日趋成熟伴随着如何提高测量结果的精度和计算速度的众多研究，大量新的相关搜索算法随之产生，基于经典数学理论产生的相关搜索算法有双参数法粗细搜索十字搜索牛顿拉斐逊偏微分修正法爬山搜索法等现代数学理论的发展也有助于改善数字散斑相关的主要问题，现代数学理论逐渐的引入，即可形成新的搜索算法，如频域FFT方法自适应遗传算法智能神经网络滤波降噪效果较好的小波变换等，位移映射方法也从传统的一阶映射变成二阶位移映射新算法的产生使得数字散斑相关发展有着质的飞跃，因为其中有的算法对于速度和精度有着数量级的提高2．1 基于遗传算法的相关搜索遗传算法开创性的提出者是美国密西根大学的JohnHolland教授，以后经过后人不断深入和丰富的研究，其应用研究更为广泛和完善遗传算法是借鉴生物的自然选择和遗传进化机制而开发的一种全自适应概率搜索算法遗传算法是将问题的求解表示成染色体，从中选择出适应环境的染色体进行复制，通过交叉变异两种基因操作产生出新一代更适合环境的染色体群，这样一代代不断改进，最后收敛到一个最适合环境的个体上，从而求得问题的最佳解数字散斑相关变形分析中要求解的就是物体表面的变形，遗传算法首先对参数进行编码处理，把问题空间的参数转换成遗传空间中，并由基因按一定结构组成的染色体初始种群生成后，直接采用相关系数的函数作为适用度函数:遗传算法的核心就是遗传操作，包括3个运算: 选择运算交叉运算变异运算遗传操作对个体根据适应度进行优胜劣汰，也进行相互配对的染色体相互交换部分基因，同时替换染色体中的某些基因形成新的基因当适应度接近1或者达到最大进化世代数，则终止迭代操作国内外将遗传算法引入数字散斑相关，并取得了相应的成果2000年，美国南伊利诺伊斯大学的MahajanAjay将遗传算法应用于数字图像相关来估计物体表面的位移及应变2003年，马少鹏和金观昌采用遗传算法进行相关运算，克服了传统方法需要合理的初值和图像导数信息的缺点2004年，天津大学的王怀文和亢一澜结合数字散斑相关和遗传算法建立了一种自适应数字散斑相关方法，并用来做铜箔断裂力学实验和尺寸效应的研究2005年，天津大学的唐晨在传统灰度散斑图像相关基础上提出了彩色散斑图像相关的遗传算法，针对ＲGB色彩空间定量分析彩色图像相似程度2007年，哈尔滨工业大学的陈华将遗传算法应用于三维数字散斑相关，减少了计算复杂度并提高了搜索质量2008年，台湾云林科技大学的HwangSF将模拟退火和自适应机制添加到遗传算法中，利用数字散斑相关方法计算SU-8光刻胶的应力应变2011年，ZhangT克服了传统的遗传算法的过早收敛的缺点，采用多父体杂交和自适应变异概率的遗传操作对复合板的变形进行测量，验证了时间效率有所提升在数字散斑相关的搜索中采用遗传算法避免阈值和合理初值的选择，减少计算量以及求解的复杂程度，同时与传统的搜索方法( 如爬山法) 相比精度有所改善，搜索速度有很大的提高2．2 基于智能神经网络的相关搜索1943年，心理学家W．S．McCulloch和数理逻辑学家W．Pitts 建立了神经网络和数学模型，由此提出人工神经网络经过近70年发展，神经网络算法已经被应用到各个领域，以此对问题进行优化处理，数字散斑相关也逐渐引入人工神经网络人工神经网络通过预先提供一批输入和输出数据，通过神经网络的学习，掌握其中的潜在规律，利用这些规律计算后面输入数据的结果对于数字散斑相关技术，先在散斑图上取网格点，计算出这些网格点的相关点，利用这些预先算出的输入输出结果通过人工神经网络掌握其中相关的规律，再将全场的散斑图作为输入就可以较快地计算全场位移场2001年，Mark．C．Pitter等人运用人工神经网络搜索亚像素位移，位移精度达到了0.03 pixel2009年，天津大学的唐晨和常一鸣在梁的三点弯曲实验的散斑图中，利用数字散斑图像相关法计算均匀分布在梁表面中心矩形区域的点的位移作为样本来训练神经网络，利用神经网络计算该中心区域的位移场2010年，吉林大学的XiaoyongLiu和Qingchang Tan利用傅里叶变换和人工神经网络进行亚像素搜索，得到精度与其他搜索算法精度相当，但速度有很大提高人工神经网络通过采集训练样本，集中训练，用神经网络计算大大提高计算效率，并不需要再对位移场进行平滑处理由于算法具有较强的自适应性学习能力和大规模并行计算能力，使得该算法稳定性较好，精度较高该算法的缺点是计算的结果受网络参数选择影响较大2．3 基于小波变换的相关搜索1989年，Mallat 巧妙地将计算机视觉领域内的多尺度分析思想引入到小波函数的构造以及信号的小波分解与重构中，形成了利用小波进行多分辨率图像分解小波具有去噪的优势使得其对数字散斑相关有很大的作用图像信号可以表示为一个L小波基对原图像和目标图像进行多级分级，对于分级后的图像进行平滑滤波等，滤波后再对图像进行相关搜索对得到的分解后概貌图进行相关计算，下一级的图像搜索得到的位移结果要乘2处理才可返回到上一级图像进行小范围的搜索2002年，天津大学的唐晨和李鸿琦等人基于小波多分辨率分析，对DSCM获得的位移场进行平滑处理，将含噪声的位移场进行小波分解，获得了在不同尺度上的小波系数; 根据位移和噪声在频率上的区别，消除属于噪声的小波系数，从而实现噪声滤除2003年，清华大学的简龙晖和马少鹏等人利用二维离散正交小波技术对图像滤波去噪的同时进行多级分解，从最低的一级开始进行相关搜索计算，然后逐级回溯2003年，清华大学简龙晖和林碧森等人提出了基于小波变换的DSCM，精度由0.05pixel 提高到了0.01pixel 以下，并利用该方法测量了编织结构复合材料板在三点弯曲载荷作用下的位移场2007年，中国科学院的李新忠等人提出了一种基于多尺度小波降噪的数字散斑相关搜索方法，对散斑位移图像进行多级小波分解，采用不同的降噪策略处理后再进行相关搜索，其测量精度提高了一个数量级，相对误差可以控制在1%以内; 同时，其计算效率提高了1倍小波理论的引入使数字散斑相关技术的精度和速度有了数量级的提高，由于小波本身在图像去噪方面的优势，使得数字散斑相关应用范围有所扩大，例如可以测得大位移和含噪声的图像相关位移场所以，随着小波理论研究的不断深入，小波分析在数字散斑相关领域会有更加重要的意义2．4 其他的相关搜索算法2009年，天津大学的唐晨将粒子群算法引入DSCM，并且通过模拟散斑图测试刚体位移和旋转位移场，并进行单向拉伸试验验证了算法稳定性可靠性2012年，辽宁工程技术大学的杜亚志和王学滨观察数字散斑相关运算中粒子运动轨迹，并研究样本子区尺寸粒子数粒子飞行的最大速度和最大迭代次数对计算时间的影响由于粒子群理论的研究不断引入，从而形成了基于粒子群的相关搜索算法相关搜索不仅是在空间域中，而且也可以在频率域中进行，也就频域FFT方法2000年，山东工业大学的周灿林在频率域对物体变形前后散斑图对应的子区域进行相关搜索，完成了测量物体的变形位移，避免了反复相关搜索，从而可快速提取信息2011年，俄罗斯萨拉托夫州立大学的AntonA．Grebenyuk利用快速傅里叶变换进行数字散斑相关计算，可以计算大位移场且在保留空间域的准确性同时节省了计算时间除了以上提出新型的搜索算法，还有模拟退火算法最速下降法变尺度法-BFGS法分形相关法等，众多算法的提出就是为了提高精度和相关搜索的速度，未来的数字散斑相关的研究仍将集中在此方向上，同时提高算法的自适应性和柔性，以此不断丰富DSCM的理论3 国内外DSCM技术的应用发展数字散斑相关技术由于具有实时性非接触全场性光学系统简单等优点而更广泛地应用于科研和生产实践中的力学测量数字散斑相关在材料力学的测量方面已属传统检测项目，其应用已经很成熟，国内外众多学者用其测试各个领域的材料力学性能2009年，墨西哥国立自治大学的Sanchez-ArevaloF．M．采用白光和He-Ne激光器对加载的CuAlBe 记忆合金分别用数字散斑相关计算平面应力和弹性模量并作比较2009年，美国普渡大学的SrinivasanVenkatakrishnan利用印刷电路板的自然散斑点测量其在高温下形变和热膨胀系数随时间的变化2011年，法国里昂大学的WuT采用4个摄像机进行全场三维数字散斑相关测量，监控15-5PH不锈钢两面从初始到断裂的应力变化，推导出损伤的演化2011年，美国奥本大学的LeeDongyeon利用高速摄像机记录在几何对称载荷配置和冲击载荷条件下单向碳纤维/环氧复合材料图像信息，再利用数字散斑相关计算出裂纹生长情况2010年，英国伦敦帝国学院的Pavel Sztefek研究应力刺激对骨骼的适应性的影响，通过对小鼠胫骨施压，通过数字图像相关记录两周应力变化从不平均到平均的过程2012年，海军航空工程学院的李高春和刘著卿对粘接界面对拉伸过程的变形和破坏过程进行了观察，并对粘接界面在拉伸过程中的图像进行数字图像相关分析，得到了界面的位移场分布，揭示了界面在拉伸过程中力学性能变化的深层次原因2012年，中国科学院武汉岩土力学研究所的邹飞和李海波以石膏试件的单轴压缩试验为基础，通过试件表面数字图像相关系数的变化来表征试件表面损伤状态的演化过程2012年，东南大学的杨福俊和何小元对闭孔泡沫铝为夹心的夹心板和夹心为开孔泡沫铝两种结构材料静态三点加载使其弯曲，并用CCD记录弯曲变形过程，利用相关计算获取弯曲变形过程数据，并做力学性能分析比较2011年，华南理工大学的胡斌贺玲凤和张蕊对圆柱体橡胶单轴压缩，利用数字图像相关方法测量了小变形范围内柔性橡胶材料受压时的弹性模量2010年，山东理工大学代祥俊云海和蒲琪将透明材料的厚度测量转化为透明材料面内点的位移，用CCD采集激光透过透明材料折射后形成的光斑，由于透明材料形变后光斑也会发生位移，通过相关计算光斑的位移量，通过几何计算即可得到其厚度对于散斑图的采集，不光只是采用工业相机，由于数字散斑的光路系统简单，所以与SEM，TEM，STM，AFM结合，可以研究微小尺度的力学性能测试2011年，北京理工大学使用扫描电子显微镜获取PBX模拟物的序列图片，用数字图像相关定量分析机械特性和裂纹尖端的应力集中2010年，上海大学的安兵兵采用光学体视显微镜对微小尺寸的试件高倍放大，记录预制裂纹铝箔拉伸过程，并相关分析出裂纹附近的变形场2012年，埃尔朗根-纽伦堡大学的M．Krottenthaler采用聚焦离子束铣削和数字图像相关测量薄涂层的残余应力，利用TEM记录应力松弛过程的图像的应力场和中心方向为位移图2010年，美国伊利诺伊大学的N．J．Karanjgaokar利用光学显微镜数字图像相关和显微红外成像技术，实验比较微尺度试件在电阻加热和均匀加热时温度场和应力场的变化数字图像的处理，散斑图质量好坏直接影响数字图像相关技术后续算法的准确性由于周围测量环境对于采集的散斑图的质量的影响，例如高温的热辐射和振动等，国内外学者也做出了在高温和振动环境数字散斑相关的一些研究成果2010年，北京航空航天大学的潘兵结合瞬态气动热试验模拟系统和数字图像相关方法发展出了一种用于高温环境下全场高温变形测量新技术当物体表面温度超过500℃时，高温物体表面的热辐射会导致相机成像质量明显下降，出现退相关效应为了减少热辐射的影响，采用了带通光学成像技术2012年，美国奥克兰大学的杨连祥研究了涂层在高温情况的不开裂和承受变形能力，为了减少黑体辐射的影响也采用了滤波片2009年，曼彻斯特大学的Grant B．M．B采用低照明度和滤波以及蓝色照明减少黑体辐射的影响，能够准确得到在1100℃下的测量结果2012年，里昂大学的Paul Leplay利用扫描电子显微镜采集图片确定陶瓷从室温到高温( 25～900℃) 的机械行为2010年，扬州大学的郑翔采用高速摄影成像技术，根据时序动态散斑跟踪相关测量柴油机在自由状态下固有频率，并与电测试验结果有限元数值计算结果进行对比2011年，麻省大学洛威尔分校的MarkN．Helfrick利用的三维数字图像相关测量振动结构全场的形貌和形变，其测量结果也和有限元结构一致，并和传统加速度计，扫描激光测振仪作了对比4 结束语随着光电子技术计算机技术图像处理技术的飞速发展，数字散斑相关技术结合数字图像技术亚像素技术，迅速朝着快速方便准确和自动化方向迈进，现已具有能够直接得到位移全场信息结果形式直观非接触高精度等特点，并且可以按设计者的需要进行合理的后处理数字散斑相关技术的精度和速度是一对矛盾体，国内外众多学者在提高这两个指标上付出很多努力关于数字散斑相关的精度和速度提高:提高散斑图的质量散斑图的相关系数随着位移的增大而下降，相关性随着散斑颗粒的大小增加而减小，同时散斑的灰度形貌易受环境变化( 如: 振动，高温，气流等) 的影响结合研读文献可知系统采照明采用白光照明比激光照明更好，散斑颗粒大小处于4pixel 左右最佳，高温辐射影响可以通过带通滤波和蓝光照明，振动可以采用高速摄像机减少影响从算法方面提高准确和速度也是众多学者研究努力的方向在引进现代应用数学理论后，遗传算法智能神经网络粒子群算法小波变换等被引入数字散斑相关中，有的算法可以以数量级提高精度和速度更高精度的算法是基于亚像素搜索方法的提出，梯度法牛顿-拉斐逊插值法，拟合法等都能很好地进行亚像素搜索通过文献可知目前数字散斑的精度可达0.01～0.05pixel数字散斑相关技术自提出以来，经过20多年的发展，以其独有的优势在实际工程实践中已经具有很重要的意义经过众多学者的研究，其精度和速度已经有很大的提高，并且其研究领域也在不断的扩大，其应用前景必将更加广阔。
DIC介绍
数字图像相关法（DIC）是一种非接触式的高精度位移、用于全场形状、变形、运动测量的方法，也是现代光测量力学领域内最有应用前景的测量方法。
其应用研究方向，正朝着从常规材料到新型材料的测量，从弹性问题测量到强塑性问题的测量，从常温到高温的测量，从宏观测量到微观测量的趋势发展。
DIC方法在上世纪80年代初被提出，经过30多年众多学者的研究，技术上已经非常成熟。
这种方法又被称为数字散斑相关法，它直接处理的对象是具有一定灰度分布的数字图像（散斑图），通过对比材料或者结构表面在变形前后的散斑图运用相关算法得到全场位移和应变。
该方法对实验环境要求极为宽松，并且具有全场测量、抗干扰能力强、测量精度高等优点。
其基本测量原理如下图：Seika公司（中文名：西华数码影像公司）作为一家专业从事智能影像分析系统设计的高科技公司，在DIC系统的研发设计上已有多年经验，并被全球众多的科研单位及院校所认可（中国独家代理商：武汉中创联达科技有限公司）。
我们可以为您提供运用数字图像关联法开发的应变解析软件系统。
通过比较分析样本变形前后的图像，可以对变形和弯曲的量、方向、分布等进行解析。
通过使用本系统，能够以非接触的方式获取物体变形弯曲的数据并将其分布可视化。
对于高速测量、微米单位测量等特殊环境下的测量需要，我们可以在包括软件、相机、照明、专用光学仪器等各个方面提供综合性的解决方案。
产品特点：●能够测量坐标，位移，速度，应变，形状和变形 ●能够显示矢量图，轮廓图 ●支持的图像格式：FIFF 等 ●易于使用的直观界面 ●进程树结构●丰富的后处理功能●支持各种高速相机和高分辨率相机 ●系统支持日/英双语●对应各种情况（离线/在线分析，3D 分析等） 应用：计算精度更多有关DIC测量的相关信息可咨询/。
数字散斑相关方法
数字散斑相关方法引言：数字散斑相关方法是一种基于散斑理论和数字图像处理的技术，用于对光学系统的像差进行测量和校正。
本文将介绍数字散斑相关方法的原理、应用以及发展趋势。
一、原理散斑是由于光波在经过不均匀介质时产生的波前相位畸变所引起的。
数字散斑相关方法利用散斑的特性，通过对散斑图像进行相关分析，可以得到光学系统的像差信息。
1. 散斑图像采集需要通过光学系统将散斑图像采集下来。
可以使用CCD相机等光学设备进行图像采集。
采集的图像应包含充分的散斑信息，以保证后续的相关分析准确。
2. 散斑相关分析将采集到的散斑图像与参考图像进行相关分析，得到相关系数图像。
相关系数图像中的亮度分布反映了光学系统的像差情况。
亮度较高的区域表示该处像差较大，需要进行校正。
二、应用数字散斑相关方法在光学系统的测试和校正中有着广泛的应用。
1. 光学元件表面检测数字散斑相关方法可以用于检测光学元件的表面质量。
通过采集散斑图像并进行相关分析，可以得到元件表面的像差信息，从而评估元件的质量。
2. 光学系统像差校正光学系统在使用过程中可能会出现像差，影响成像质量。
数字散斑相关方法可以通过分析散斑图像，定位像差的位置和大小，并进行校正，提高光学系统的成像质量。
3. 光学系统对焦数字散斑相关方法可以用于光学系统的对焦。
通过分析散斑图像的相关系数分布，可以确定光学系统的最佳对焦位置，保证图像清晰度。
三、发展趋势随着数字图像处理技术的不断发展，数字散斑相关方法也在不断改进和完善。
1. 算法优化数字散斑相关方法仍然存在一些问题，如对噪声的敏感性和计算复杂度较高等。
未来的发展趋势是进一步优化算法，提高相关分析的准确性和效率。
2. 自适应散斑相关方法目前的数字散斑相关方法通常需要事先采集参考图像。
未来的发展趋势是研究自适应的散斑相关方法，不依赖于参考图像，能够实时进行像差分析和校正。
3. 多尺度散斑相关方法光学系统的像差通常具有多个尺度。
未来的发展趋势是研究多尺度的散斑相关方法，能够对不同尺度的像差进行分析和校正，提高成像质量。
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ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ．１１１ｅｙ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｅｄ
ｒａｎｇｅ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ６ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ，ｔｈｅ ｅｒｒ ｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｓ Ｏ．０１２
ｐｉｘｅｌｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒａｉｎ ｉｎ ａｌｌ ｆｉｅｌｄ Ｃａｎ ｒｅａｃｈ ５０—１３０／．ｔ６，ａｎｄ
ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ５０－１００／．ｒＥ．
Ｆｉｎａｌｌｙ．ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｂｅｎｄｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｌｖｅｒ ｂｉｒｃｈ ｂａｔｔｅｎ‘Ｓ ｃｒａｃｋ－ｔｉｐ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ＤＳＣＭ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＤＳＣＭ ｗｉ血ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌｌｙ
作者将有限元中的位移模式引入数字散斑相关迭代计算，根据物体变形的连 续性假设，把子区中一点的变形看作其坐标的函数，因此可根据物体的变形特点 假设其位移模式，通过该位移模式中的系数变量来表征子区的变形，从而使散斑 的迭代计算由对位移、应变项的迭代求解，变成对位移模式中系数的迭代求解。 这样就使所得位移场更接近于真实位移场，同时也极大减少了应变场中的奇异点 的数量，使计算的应变场更平滑、准确。作者根据物体变形的性质提出两类位移 模式，几何各向同性位移模式和几何各向异性位移模式。当进行计算时，可以根 据不同的变形选择不同的位移模式，这样由于位移模式的对于具体变形的匹配， 使位移、应变项的测量有了较大的提高，并且位移的灵敏度可达到Ｏ．０１５Ｐｉｘｅｌｓ， 全场正应变的灵敏度为５０—１５０，侣色对误差），剪应变测量的灵敏度为５０。１００ｐ占。 另外，作者还从数值模拟和实验两个方面验证了６种位移模式的精度和适用范 围。
最后，作者将不完全弯曲位移模式应用于正交各向异性材料白桦木条的裂纹 尖端附近应力场、应变场的研究，并将数字散斑相关方法的计算结果与有限元 Ａｎｓｙｓｌ的计算结果进行比较和分析。结果表踢数字散斑相关计算方法应用于正交 各向异性材料复杂应力、应变下的测试是可靠的。
关键词： 数字散斑相关测量，位移模式，有限元，木条断裂，裂纹尖端，数值 模拟，单区搜索法
ｏｆｅａｃｈ ｓｕｂｓｅｔ．
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表
或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生盘鲎或其他教育机构的学位或证
书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。
较之其它实验方法，数字散斑相关技术更加依赖于计算机的运算，因此一些 学者在如何加快相关运算的速度和提高运算的精度等研究方面作了努力。１９８３ 年Ｐｅｔｅｒｓ首先应用数字散斑相关方法进行了冈Ⅱ体位移测量方面的研究【３】。同年 Ｓｕｔｔｏｎ．又对相关搜索的方法进行了改进，利用粗相关与细相关相结合的方法提 高了计算的速度，但这时的结果只有位移分量［４】。Ｔ．Ｃ．Ｃｈｕ和．Ｒａｎｓｏｎ等对数字 散斑相关方法的精度进行了研究，完善了这种测试方法的理论１５１。Ｍ．Ａ．Ｓｕｔｔｏｎ 等人又从理论上分析了亚象素恢复过程所带来的测量误差，提出了亚象素恢复等 合理方法他“。１９８９年Ｒｕｓｓｅｌｌ等把数字散斑相关法用在复合材料的应变测试上， 测出裂纹的二维应变场【８】，同年Ｂｒｕｃｋ等采用基于二元三次样条插值亚象素重构 的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ迭代算法求解数字相关问题，使数字散斑相关方法有了重大 改进，提高了搜索速度和精度，使数字相关方法的理论更加完善‘９１。１９９３年加拿
ｏｔｈｅｒ ｐｉｘｅｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｔ，ｔｈｅｎ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｂｉｃｕｂｉｃ ｓｐｌｉｎｅ
ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐａｒｔ ｏｆｉｎｉｔｉａｌ ｖａｌｕｅｓ． Ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ
ｂｅｎｄｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｆｉｅｌｄ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｐｅｃｋｌｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅ，ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｏｏｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｃｒａｃｋ－ｔｉｐ，Ｓｉｎｇｌｅ ｓｅａｒｃｈ
Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｎａｍｅｄ Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｅａｒｃｈ ｏｆｅａｃｈ Ｓｕｂｓｅｔ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｎｏｔ ｓａｃｒｉｆｉｃｅｄ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆｔｈｉｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ韶ｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｐｉｘｅｌ ｏｆｔｈｅ
学位论文作者签名：樊，雪松签字日期： 洲ｔ年Ｊ月１日
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火Ｒｙ盯ｓｏｎ人学的陆华教授从统ｉ，ｌ学原理出发，划。数字柑关散斑测量方法的随机 误差进行了分析¨“…，提出了减少醒筹的措施，矧时应用数字相关方法对槽形切 ＩＪ试件ｉ维应力集－巾问题进行了研究。１９９８年Ｖｅｎｄｒｏｕｘ、Ｓｍｉｔｈ等分别对影响 相关运强精度的几种因素及改进方法进行了研究¨２－”Ｊ。
数字散斑相关方法的思想最早是在８０年代初由日本Ｉ Ｙａｍａｇｕｃｈｉ和美国 Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ大学的Ｗ Ｈ．Ｐｅｔｅｒｓ和Ｗ Ｅ Ｒａｎｓｏｎ等人同时提出的Ｉｏ，２１。Ｉ Ｙａｍａｇｕｃｈｉ在研究物体小变形时，采用测量物体变形前后光强的互相关函数峰值 来导出物体的位移。Ｐｅｔｅｒｓ和：Ｒａｎｓｏｎ通过对物体变形前后得到的数字灰度场进 行相关迭代运算，也就是计算相关系数随试凑位移及其导数的变化过程，找出相 关系数的极值而得到相应的位移。
ｓｕｂｓｅｔ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｇｒａｄｉｅｍ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｏｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎｓｅｒｔｅｄ
ｆｏｒｍｕｌａｓ ｉｎｔｏ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｖａｌｕｅｓ ｏｆｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ
ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＤＳＣＭ．Ｏｎ ｔｈｅ ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ ｏｆ