%数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量
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。
数字图像相关方法中基于改进IC-GN算法高精度形变测量研究
数字图像相关方法中基于改进IC-GN算法高精度形变测量研
究
孙泽刚;张奎;蒋强;黎军华
【期刊名称】《影像科学与光化学》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】在数字图像相关方法对物体形变测量中,FA-NR算法实现了高精度测量,IC-GN算法在此基础上提高了测量效率。
为进一步提升测量精度,提出了一种基于IC-GN的改进算法(GIC-GN)。
在已知整像素初始位置上,通过梯度法求得更准确的亚像素位移,减小Hessian矩阵计算过程中产生的误差,同时加快迭代的收敛速度,有效提高了测量精度和效率。
仿真实验验证结果表明,GIC-GN算法误差能够稳定在10^(-4)~10^(-3)pixel之间,对比IC-GN算法精度提升了10%~60%,耗时是FA-NR算法的0.1倍、IC-GN算法的0.8倍,能够实现对物体形变信息的高精度、高效率测量。
【总页数】7页(P9-15)
【作者】孙泽刚;张奎;蒋强;黎军华
【作者单位】四川轻化工大学机械工程学院;乐山师范学院电子信息与人工智能学院;乐山一拉得电网自动化有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.数字图像相关方法中的应变测量平滑算法
2.基于互相关改进法的高精度测量电信号效果研究
3.数字图像相关亚像素位移测量中迭代相关系数曲面拟合算法研究
4.基于三维数字图像相关法的非接触式动态位移测量方法研究
5.基于虚拟相机的天线俯仰轴形变快速高精度测量方法研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
全场应变测试仪技术参数用途
全场应变测试仪技术参数1. 用途全场应变仪是汽车、机械制造领域中一种重要的测试方法，可用于汽车、机械结构全场振动测量、动态应变测量、高速变形测量、断裂力学、冲击激励及动态材料试验中测量材料特性参数等。
该系统是结合数字图像相关技术（DIC）与双目立体视觉技术，通过追踪物体表面的散斑图像，实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的动态测量，应用范围非常广泛，包括汽车、机械、航天航空、舰船等领域的大尺寸零部件测量。
2. 工作条件确保设备现场实验测量时设备系统精度稳定和使用可靠；电源：AC 220V±10% 50Hz±2%（可靠接地）；工作温度：0℃~40℃；标定/检定温度：20℃±2℃；相对湿度：≤（70±10）%；3．技术规格1.总体技术指标：1.1使用环境：确保设备现场实验测量时设备系统精度稳定和使用可靠；电源：AC 220V±10% 50Hz±2%（可靠接地）；工作温度：0℃~40℃；标定/检定温度：20℃±2℃；相对湿度：≤（70±10）%；1.2测量范围：10mm-4000mm；1.3工业相机参数：2台1200万/30fps进口工业相机；1.4镜头参数：2个定焦12mm进口镜头；2个定焦25mm进口镜头1.5系统工作站计算机：戴尔16G内存、2T硬盘、24寸液晶显示器；1.6★标定板：1000mmx1000mm、400mmx300mm、200mmx150mm环形编码型标定板各一套；1.7光源：2个200瓦的LED光源与35瓦蓝光LED常亮灯2个；1.8检测分析软件：安装光盘、系统操作说明书、软件加密锁1套；2. 系统软硬件功能：（1）应变测量范围：0.005%~2000%；（2）应变测量精度：50με-100με（3）位移测量精度：0.01mm测量幅面：单测头支持10毫米到1.5米的测量幅面（500mm横梁）/ 单测头支持50毫米到3.5米的测量幅面（1000mm横梁），可以根据需求定制测量幅面，单测头测量幅面最大10米。
DVC原理及其应用
f (xi , yi , zi ) g(xi', yi', zi' ), (i 1, 2,…，n)
式中
xi' xi u0 u yi' yi v0 v zi' zi w0 w
（1） （2）
其中
u0, v0, w0为参考子体块中心点的整体素位移，u，v，w为 与x,y,z方向对应的亚体素位移
工业CT 系统及加载装置
基于显微CT的骨微观三维变形场测量系统的研究
• 目的 初步构建一套集成显微CT与力学加载装置的测试系统，结合数字体相父技术 (digital volume correlation，DVC)实现骨组织内部微观i维变形场的测馈，
• 方法 选用微型力学加载装置进行申轴眶缩试验，维持载倚不变的同时对试样进行CT 扫描；采用DVC方法对连续CT图像序列进行相关匹配和搜索计算．测量载荷变化前后 试样内部结构沿三维方向的微观位移值；通过零位移重复扫描和刚体平移评价该系统 的测量精度及准确度；利用该系统测试牛松质骨块的三维位移场分布。
结论 DVC测试技术可用于检测呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔等胸部组织的位移和变 形情况。本研究为基于DVC方法实现肺部肿瘤无创、非射线、实时的图像引导放 射治疗提供了依据。
数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究
数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究一、本文概述随着数字图像处理技术的不断发展，亚像素位移测量在众多领域如工程监测、医学影像分析、机器视觉等方面扮演着日益重要的角色。
亚像素位移测量是指对图像中物体微小移动距离的精确计算，其精度往往高于像素级别，对于提高测量精度、优化系统性能具有重要意义。
本文旨在探讨数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究现状与发展趋势，分析不同算法的原理、特点及应用场景，以期为推动相关领域的技术进步提供理论支持和实践指导。
本文首先将对亚像素位移测量算法的基本概念进行阐述，明确研究范围和目标。
接着，将详细介绍几种经典的亚像素位移测量算法，包括基于灰度梯度的方法、基于插值的方法、基于频域分析的方法等，并分析它们的优缺点及适用范围。
在此基础上，本文还将探讨新兴算法如深度学习在亚像素位移测量中的应用，展望未来的发展方向。
本文旨在通过深入研究和对比分析，为数字图像相关中亚像素位移测量算法的优化和创新提供理论支撑和实践指导，推动相关领域的技术进步和应用拓展。
二、亚像素位移测量算法原理亚像素位移测量算法是数字图像相关领域中一种重要的技术，其主要目标是在像素级别以下的精度上测量和分析物体的位移。
这种技术在很多领域都有广泛的应用，如材料科学、生物医学工程、机器视觉等。
传统的像素级位移测量算法通常只能提供整数像素级别的精度，这对于许多需要高精度位移测量的应用来说是不够的。
因此，亚像素位移测量算法应运而生，它可以通过插值、拟合或者其他优化技术，将位移测量精度提高到像素级别以下，从而提高测量精度和可靠性。
亚像素位移测量算法的原理主要基于灰度相关法。
灰度相关法是一种通过比较两幅图像之间的灰度分布来计算物体位移的方法。
在亚像素级别上，这种方法需要对像素灰度值进行插值，以获取更精细的灰度分布信息。
常见的插值方法包括线性插值、双线性插值、双三次插值等。
在亚像素位移测量算法中，通常会使用迭代优化技术来寻找最佳的位移参数。
基于数字图像相关的近熔池应变场原位测量
基于数字图像相关的近熔池应变场原位测量乔东虓;陈健;张伟;冯智力;潘际銮【摘要】焊接时进行原位应变测量可以直接观测焊接过程中的力学现象,同时也可以用于验证焊接过程计算机模型.目前常见应变测量方法主要采用应变片,无法得到全场应变.使用数字图像相关(DIC)技术,测量了在不锈钢厚板表面进行激光堆焊时熔池周围的应变场分布,直接观测由于焊接过程中的非均匀热膨胀造成的焊接热影响区及其周围材料的变形.结果表明,在熔池侧面存在一定的负应变.在熔池后,随着材料逐步冷却,最终形成了正应变.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2013(043)009【总页数】5页(P1-4,19)【关键词】数字图像相关;激光焊;应变场【作者】乔东虓;陈健;张伟;冯智力;潘际銮【作者单位】清华大学机械工程系,北京100084;美国橡树岭国家实验室,美国田纳西37831;美国橡树岭国家实验室,美国田纳西37831;美国橡树岭国家实验室,美国田纳西37831;美国橡树岭国家实验室,美国田纳西37831;清华大学机械工程系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TG4040 前言焊接过程中伴随的力学过程是焊接领域的一个重要的研究分支。
由于焊接过程中严重的温度不均匀性，焊缝金属及焊缝周围热影响区金属冷却收缩会引起焊接结构的变形，并在焊缝周围产生焊接残余应力。
这两者会给焊接工件的后续加工与服役带来不利的影响，如引起工件外形不达标、导致疲劳寿命下降、引起焊接裂纹等。
因此，科技工作者对焊接引起的变形和应力做了大量的研究工作[1-13]。
数字图像相关DIC（Digital Image Correlation）是一种新的应变场测量技术[14]。
该方法利用经过标定的摄像机跟踪被测对象表面的图像特征的移动，测量试样表面特征的空间位置变化，从而计算试样表面的应变分布。
其优点在于可以非接触的测量一个区域内三维表面上的应变分布。
M.DE Strycker等人曾经利用DIC技术测量管道焊接时工件表面的应变场[15]，但是其测量区域距离熔池较远，不能很好地反映熔池周围热影响区的应变。
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。
以上就是关于关于DIC数字图像相关法的介绍，如果想了解更多关于DIC的资料，欢迎咨询武汉中创联达科技有限公司。
数字图像相关方法动态位移测量研究及其应用
数字图像相关方法动态位移测量研究及其应用摘要：数字图像相关方法是一种新型的非接触式光学测量方法，是在上世纪八十年代被人们提出的，并且得到快速的发展，本身具有独特的优势，被使用在很多的领域，数字图像相关方法由于测量经济高和非接触性等特点，可以弥补土木工程中现在的测量方法的不足，可以解决土木结构实验中的很多难题，本文结合土木工程的特点，围绕数字图像相关方法的计算精度和计算效率两个关系问题，改进了数字图像相关方法的亚像素测量算法，提高计算的精度和计算效率，并且扩展数字图像相关方法在工程中的应用。
关键词：数字图像；动态位移；测量；研究；应用一、测量仪器的使用现状随着我国土木工程事业的快速发展，建设规模不断的扩大，建设速度不断提高，工程中同时也遇到越来越多的结构安全问题，解决工程中结构安全问题通常采用理论计算和实验分析方法，其中理论计算多采用有限元理论进行数值模拟计算，但是计算条件一般是在理想条件下，很难完全模拟出结构实际复杂受力环境，所以数值条件下计算结果与实际情况不一致，在实验分析方法通常直接测量出结构受力与变形信息，具有很高的可信度。
结构变形影响结构的强度与稳定性，结构变形测量是结构实验测量的主要手段，对于传统的结构变形测量方法是接触式测量方法，其中精度很高、应用范围比较广泛，例如百分表、位移传感器等测量位移方法，精度在0.01mm，利用应变片测量应变，精度可以达到0.5μm，但是这种试验方法高温、辐射、腐蚀性等特种环境下不适用，对于应用非接触测量方法进行测量，例如全站仪、GPS等，虽然可以解决工程测量难题，但是还有很多的局限性。
二、数字图像相关方法及其在土木工程中的发展研究在激光照射结构表面时，由于结构表面的不平整性，使得反射光线产生叠加、干涉等物理现象，使得成像时形成亮度不均的斑点，被称为激光散斑，开始的时候激光散斑被视为一种稳定且很难消除有害噪音，研究激光散斑特性和运动规律后，激光散斑具有稳定且能反应物体表面特征的特点，有发现数字图像中的灰度分布具有散斑同样的特性，叫做数字散斑。
数字图像相关方法基本理论和应用研究进展
第 235 次青年科学家论坛CSTAM-A01-0014数字图像相关方法基本理论和应用研究进展潘 兵* （北京航空航天大学固体力学所，北京，100191）【摘要】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。
从 2004 年起我们集中对数字图像相关方法进行了系统、全面和深入的研究，在数字图 像相关方法的基本理论和应用研究上取得了一系列原创性研究成果。
特别值得一提的是， 2009 年我们关于数字图像相关方法综述论文以封面论文的形式发表在英国物理学会著名期 刊 Measurement Science and Technology 上， 该论文发表后受到国内外读者的广泛关注。
在发 表两个月后，该论文即被下载超高 500 次，在 IOP 下属七十多种电子期刊所有发表论文中 被下载次数属于 Top 3%。
该论文在过去不到两年时间即被引用 36 次，在 MST 过去两年所 有发表的 1077 篇论文中被引次数排名第一。