【正文】 的因素有關(guān)，如相關(guān)函數(shù)、亞像素位移計算方法、散斑顆粒大小等。根據(jù)第三章對模擬散斑圖的分析，選擇4141pixels 大小子區(qū)，ZNSSD相關(guān)函數(shù)來進(jìn)行相關(guān)計算。第一組實驗采用引伸計記錄試件在拉伸過程中所產(chǎn)生的位移值，利用試件的拉伸量與試件的原長的比值來計算得到試件的應(yīng)變值，它們和數(shù)字圖像相關(guān)方法計算出來的結(jié)果的對比如表41所示。圖43 鋁合金材料拉伸引伸計記錄值與數(shù)字圖像相關(guān)方法計算值的對比第二組實驗采用在試件背面貼上應(yīng)變片，利用應(yīng)變儀讀取試件在拉伸過程中應(yīng)變值。應(yīng)變儀讀取應(yīng)變值與數(shù)字圖像相關(guān)方法計算應(yīng)變值對比情況如圖 44 所示。圖44 鋁合金材料拉伸應(yīng)變儀記錄應(yīng)變值與數(shù)字圖像相關(guān)方法計算的對比從圖44 中可以看出引伸計記錄的位移和應(yīng)變值與數(shù)字圖相關(guān)方法計算出來的值存在一定的差異。從43和圖44中可以看出，隨著加載力的線性增加，應(yīng)變儀記錄的應(yīng)變值基本是呈線性關(guān)系增加，但是數(shù)字圖像相關(guān)方法計算得出的應(yīng)變值整體趨勢是增加，但是在每個靜態(tài)加載力點得到的應(yīng)變值和應(yīng)變儀的讀數(shù)還是存在一定的誤差，這可能與實驗條件中的干擾有關(guān)，需要從實驗影響因素的角度來分析各因素對采集圖像質(zhì)量和最終計算精度的影響。 實驗影響因素分析第三章對仿真模擬散斑圖進(jìn)行相關(guān)計算可以看出數(shù)字圖像相關(guān)方法的計算精度很高，但是實際實驗過程中還是有較大的誤差，因此本節(jié)從實驗方面分析這些誤差存在的原因。綜合整個實驗過程，可能產(chǎn)生誤差主要有試件表面散斑顆粒的大小、相機和試件的不完全垂直、試件表面的部分反光等。為了更好地對比散斑顆粒大小對計算結(jié)果的影響，利用手噴漆在試件表面生成隨機散斑，通過調(diào)整噴頭與試件間的距離來調(diào)節(jié)所生成的散斑的大小。對不同散斑大小的試件進(jìn)行相同的拉伸實驗，實驗條件和計算所選用的參數(shù)均相同，以此來對比散斑大小對計算精度的影響。隨機生成幾組不同大小的散斑顆粒，其大小分別為：、、 平方像素、。對這幾組試件分別進(jìn)行相同的拉伸實驗，每次加載約120N的力，來對比應(yīng)變儀記錄值為數(shù)字圖像相關(guān)計算值之間的相對誤差，以此來得出散斑大小對實驗的影響，為后續(xù)實驗提供可供參考最佳的散斑大小。 43 圖45 散斑大小 平方像素時的應(yīng)變對比與相對誤差其他組的試件也進(jìn)行相同的實驗過程，得到不同散斑大小時所產(chǎn)生的相對誤差，對于相對誤差全部取絕對值。如表41所示，從表 41 中可以看出，過大與過小的散斑顆粒均會產(chǎn)生較大的計算誤差。同時也證明試件表面散斑顆粒的大小對最終的計算精度有重要的影響。雖然散斑大的時候可以更有效的看清信息，可是也會帶來相應(yīng)的誤差，所以應(yīng)盡量避免選取太大的散斑進(jìn)行試驗。表41 鋁合金材料拉伸引伸計記錄值與數(shù)字圖像相關(guān)方法計算值的對比加載力計量位移Dic計算位移記錄應(yīng)變Dic計算應(yīng)變2001101061001064002501062801066003701063201068004501064601061000690106640106 本章小結(jié)本章主要是將理論分析融入實踐當(dāng)中，在實踐當(dāng)中，通過把理論應(yīng)變值和真實應(yīng)變值進(jìn)行對比，得出相應(yīng)的誤差因素，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理分析，本節(jié)從散斑大小方面進(jìn)行了誤差分析，并得出不應(yīng)選取太大散斑的結(jié)論，為后續(xù)的試驗提供了很好地理論基礎(chǔ)和寶貴經(jīng)驗。結(jié)論 結(jié)論數(shù)字圖像相關(guān)方法因其本身獨有的特點，在現(xiàn)代測量技術(shù)中占有很重要的位置。本文首先通過模擬仿真分析了散斑尺寸、計算子區(qū)大小、相關(guān)函數(shù)等對數(shù)字圖像相關(guān)位移測量精度的影響，運用數(shù)值模擬分析得出了最優(yōu)散斑尺寸。通過動靜態(tài)實驗驗證了該方法能夠很好地測量物體變形過程中的位移和應(yīng)變值，具有很好的測量精度。本文的主要研究工作和取得的成果如下：，通過改變不同的參數(shù)研究了計算窗口大小、相關(guān)函數(shù)、散斑顆粒大小和數(shù)量對測量精度和計算效率的影響。計算窗口較小時收斂速度很快，但精度稍差，較大的計算窗口計算精度較高。當(dāng)計算窗口大于 5151 像素后，計算速度明顯降低，綜合考慮，最佳計算窗口大小范圍為 3131~5151 像素。散斑顆粒大小對計算結(jié)果有較明顯的影響，對 3~5 像素平均大小散斑顆粒的計算結(jié)果最理想。散斑顆粒的數(shù)量對計算結(jié)果影響很小。，得出了提高精度的一些可行性措施?？刂谱罴驯砻嫔哳w粒大小，相機光軸與試件表面盡量垂直、光強穩(wěn)定并清晰成像等。通過對試件進(jìn)行動態(tài)拉伸，驗證了數(shù)字圖像相關(guān)方法能夠很好地識別動態(tài)力加載的波形與頻率，并且隨著圖像采集幀率的增加，計算的精度越高。3. 在課題研究的過程中，基于所設(shè)計的算法進(jìn)行了計算機編程和仿真，并通過算例對算法進(jìn)行了對比分析，得出算法的有效性和實用性。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1 佟景偉．光力學(xué)原理及測試技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，20092 陳俊達(dá)．?dāng)?shù)字散斑相關(guān)方法理論與應(yīng)用研究[D]．北京：清華大學(xué)，20073 梁園．?dāng)?shù)字散斑相關(guān)亞像素位移測量方法研究與實驗[D]．天津：天津大學(xué)，20074 高建新．?dāng)?shù)字散斑相關(guān)方法及其在力學(xué)測量中的應(yīng)用[D].北京：清華大學(xué)，19895 高建新，周辛庚．變形測量中的數(shù)字散斑相關(guān)搜索方法[J]．實驗力學(xué)，19916 高建新，周辛庚．?dāng)?shù)字散斑相關(guān)方法的原理與應(yīng)用[J]．力學(xué)學(xué)報，19957 李喜德，譚玉山．散斑像的恢復(fù)與亞像素相關(guān)檢測[C]，第七屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，19928 李喜德，譚玉山．?dāng)?shù)字散斑強度相關(guān)計量在工程結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用[C]，第七屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，19929劉寶琛，李勇．韌性金屬裂紋尖端損傷區(qū)內(nèi)應(yīng)變場測量[J]．實驗力學(xué)，199310 芮嘉白，金觀昌，徐秉業(yè)．一種新的數(shù)字散斑相關(guān)方法及其應(yīng)用[J]．力學(xué)學(xué)報，199411 高建新，丁祖泉，方如華．基于數(shù)字相關(guān)的多用途力學(xué)測量系統(tǒng)[C]，第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199512 王宜庚，楊漢國，徐鑄等．細(xì)觀表面離面位移場測量方法的研究[C]，第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199513 楊曉東，楊漢國，徐鑄等．用數(shù)字散斑相關(guān)法測量細(xì)觀裂紋尖端位移場[C]，第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199514陸惠峰，楊漢國，徐鑄等．電子顯微圖像法測定金屬表面二維細(xì)觀位移場的方法研究[C]，第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199515 洪寶林，徐鑄等．?dāng)?shù)字散斑相關(guān)方法的數(shù)字模型及研究[C]，第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199516 徐鑄．電子顯微鏡圖像位移分析法[C]，第八屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199517 徐寧光，陸惠峰．微區(qū)位移場的SEM散斑測量方法研究[J]，西南交通大學(xué)學(xué)報，1995，30(4) ：42342818 陳大慶，姜錦虎，王海鳳等．相關(guān)系統(tǒng)跟其抗噪聲煩擾能力關(guān)系的研究[C]，全國第九屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199819 楊國標(biāo)，方如華，丁祖泉等．投影散斑相關(guān)法在物體三維形狀測量中的原理研究及應(yīng)用[C]，全國第九屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，199820 Zhang D，Zhang X and Cheng G．Compression strain measurement by digital speckle correlation[J]．Experimental Mechanics，199921 王冬梅，方如華，計宏偉等．用數(shù)字散斑相關(guān)方法研究改性高分子材料的斷裂行為[J]．同濟大學(xué)學(xué)報，199922 王志．?dāng)?shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的研究及其在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用[D]．天津：天津大學(xué)，200123 邢冬梅．?dāng)?shù)字散斑相關(guān)測量方法的研究及其在細(xì)觀力學(xué)中的應(yīng)用[D]．天津：天津大學(xué)，200224 楊楠．各向異性核工業(yè)石墨斷裂力學(xué)行為的數(shù)值分析和實驗研究[D]．天津：天津大學(xué)，2002致謝 致謝光陰似箭，日月如梭。四年的時間，在我們漫長的人生旅途中是那么的短暫，但是，這短短的四年是最真誠的青春，是最純真的歲月，是最美麗的大學(xué)生活。首先我要感謝國家，感謝學(xué)校和學(xué)院能給我這次畢業(yè)設(shè)計的機會，通過本次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到了很多專業(yè)性的知識，鞏固了前幾年學(xué)到的專業(yè)知識，使自己在學(xué)習(xí)方面有了進(jìn)一步的提高。之后我還要感謝在本次畢業(yè)設(shè)計過程中給我很大幫助的老師以及同學(xué)們。每當(dāng)自己遇到解決不了的麻煩和難題時，左思右想不見答案，這時候是導(dǎo)師和同學(xué)給我很大的幫助，沒有他們我不會順利完成此次畢業(yè)設(shè)計。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，感謝一路陪我走來，給我莫大幫助的林洪彬老師，還有那些陪在我身邊和我共進(jìn)退的同學(xué)。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友都給了我無言的幫助，在這里請你們接受我最誠摯的謝意！附錄1 附錄1燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱：基于dic的非接觸式全場應(yīng)變測量系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 年級專業(yè)： 09級儀表二班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 林洪彬 完成日期： 2013年3月26日 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義20世紀(jì)80年代，、。，從而得到物體的位移值。近幾十年來，國內(nèi)外的許多學(xué)者對數(shù)字圖像相關(guān)法進(jìn)行了更加深入的研究，并且取得了不小的成果。由于數(shù)字圖像相關(guān)法更加依賴于計算機的計算速度，所以許多學(xué)者就如果提高計算機的計算速度進(jìn)行了探索研究。Peters在1983年用數(shù)字圖像相關(guān)法進(jìn)行了剛體測量研究。在同一年，sutton用粗細(xì)相關(guān)結(jié)合的方法對相關(guān)搜索進(jìn)行了進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，大大提高了計算機的計算速度。隨后。1989年， Russell用數(shù)字圖像相關(guān)法進(jìn)行了復(fù)合材料的裂紋測量，得出了裂紋二維全場應(yīng)變。同年，Bruck用插值重建NewtonRaphson迭代算法解決了許多相應(yīng)的問題，使得數(shù)字圖像相關(guān)法有了很大程度的提高和改進(jìn)，理論更加趨于完善。1993年，來自加拿大的陸華教授用統(tǒng)計學(xué)的方法對數(shù)字圖像結(jié)果進(jìn)行了誤差分析，并且提出了較小誤差的辦法。1995年，Coburn利用陸華教授的方法對陶瓷損傷進(jìn)行了實驗，實現(xiàn)了陶瓷的無損檢測。1996年，Sutton把數(shù)字圖像相關(guān)法應(yīng)用到了高溫測量的領(lǐng)域，同時利用相關(guān)的條件和設(shè)備把數(shù)字圖像相關(guān)的方法發(fā)展到了三維領(lǐng)域。1997年。1998 年，endroux,Smith改進(jìn)了精度研究的方法。同年。Rand James L利用數(shù)字圖像相關(guān)方法分析散斑運動，從而得到相關(guān)位移，并且通過位移得到應(yīng)變，做出應(yīng)變應(yīng)力曲線。近幾年來，在廣大學(xué)者的共同努力下，數(shù)字圖像相關(guān)法有了進(jìn)一步的發(fā)展。2001年，Chevalie對橡膠材料的單雙軸拉伸進(jìn)行了數(shù)字相關(guān)分析，可以得到應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。2004年，Yamaguchi對粗糙物體表面也可以進(jìn)行數(shù)字圖像相關(guān)分析的能力。在國內(nèi)，數(shù)字圖像相關(guān)方法也得到了廣泛的關(guān)注，各種數(shù)字相關(guān)的學(xué)術(shù)研究也如火如荼的開展起來了。1989年，高建新首次在我國進(jìn)行了數(shù)字相關(guān)分析研究，從理論上分析了數(shù)字圖像相關(guān)法，并且進(jìn)行了物體剛體位移實驗測量，但是由于當(dāng)時實驗條件的影響，實驗效果不是很理想，精度也不是很高。1992年，李喜德用亞像素的方法對散斑圖像進(jìn)行檢測和重建。1993年，李寶琛教授對裂紋金屬的損傷進(jìn)行了全場應(yīng)變研究，并且得到了比較令人滿意的結(jié)果。1994年，芮嘉白博士提出了很好的搜索改進(jìn)方案，例如十字搜索法，在節(jié)約時間的基礎(chǔ)上也提高了計算的精度。1995年，高建新在生物力學(xué)領(lǐng)域提出了多用途數(shù)字圖像相關(guān)的測量系統(tǒng)。1998年，姜錦虎對可能對數(shù)字圖像相關(guān)法造成誤差的因素進(jìn)行了研究。2002年，馬少鵬根據(jù)巖石材料的變形改進(jìn)了數(shù)字圖像相關(guān)法。2004年，樊雪松對正交異性材料進(jìn)行數(shù)字相關(guān)分析，得到應(yīng)力應(yīng)變曲線。相關(guān)搜索和相關(guān)迭代式數(shù)字圖像相關(guān)法的兩種測量方法。相關(guān)搜索只能得到位移信息，而應(yīng)變可以通過位移求導(dǎo)獲得。相關(guān)迭代可以同時得到位移和應(yīng)變，是全場測量的方法。在當(dāng)今時代，隨著科技的越來越發(fā)達(dá)，數(shù)字圖像相關(guān)法慢慢的朝著舊材料到新型材料，普通環(huán)境到惡劣環(huán)境，靜態(tài)到動態(tài)，微觀到宏觀的趨勢不斷發(fā)展。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 了解數(shù)字圖像相關(guān)法基本原理掌握相關(guān)搜索的方法了解亞像素位移定位法進(jìn)行仿真測試，并進(jìn)行誤差分析三、研究步驟、方法及措施在了解本課題國內(nèi)外研究動態(tài)的基礎(chǔ)上確定適合自己的研究方向，從數(shù)字圖像相關(guān)法原理作為為切入點，查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，并研究matlab軟件用法，用matlab軟件對相關(guān)算法進(jìn)行編程設(shè)計，并進(jìn)行試驗仿真，驗證此算法的可行性。四、研究工作進(jìn)度 查閱資料，閱讀文獻(xiàn)。方案論證，總體設(shè)計。理論分析，模型研究。軟件設(shè)計，仿真調(diào)試。撰寫論文，準(zhǔn)備答辯。五、主要參考文獻(xiàn) 1 .高建新，數(shù)字散斑相關(guān)方法及其在力學(xué)測量中的應(yīng)用，清華大學(xué)博士論文，19892 .高建新，周新庚，變形測量中的數(shù)字散斑搜索方法，實驗力學(xué)，第 6 卷，第 4 期，19913 .李喜德，光學(xué)場的強度相關(guān)計量理論及其應(yīng)用研究。西安交通大學(xué)博士論文，19924 .潘冰，數(shù)字圖像相關(guān)方法及其在實驗力學(xué)中的應(yīng)用。清華大學(xué)博士論文，20075 .汪敏，同步輻射 CT 技術(shù)研究及應(yīng)用。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士論文，20066 .金觀昌，計算機輔助光學(xué)測量。北京：清華大學(xué)出版社，19977 .高建新，周新庚，數(shù)字散斑相關(guān)方法的原理與應(yīng)用，力學(xué)學(xué)報，19958 .芮嘉白，金觀昌，徐秉業(yè)，一種新的數(shù)字散斑相關(guān)法及應(yīng)用，力學(xué)學(xué)報9 王世斌，李翔宇，李林安等。后驗概率算法應(yīng)用于位移場的確定。實驗力學(xué)，200410 .孟利波，金觀昌， （自然科學(xué)版