第2章 三维数字散斑相关法

数字散斑相关方法测试波纹板的拉伸变形严银【摘要】测试波纹状金属板在平面内的拉伸,利用数字散斑相关方法分析波纹板的不同位置处的应力及应变,探究在不同参数下波纹板的变形情况.为了验证散斑测量方法的可行运用Solid Works建立波纹板三维实体模型,将实体模型导入到有限元软件ANSYS workbench中,对施加拉伸载荷后的金属波纹板的应力分布进行仿真计算,然后将使用数字散斑方法的试验结果与使用有限元软件模拟计算的结果作对比分析,对比后发现试验数据与模拟计算数据吻合,表明利用数字散斑相关方法测试波纹板在拉伸载荷下的应力及应变是有效且可行的.【期刊名称】《农业装备技术》【年(卷),期】2018(044)001【总页数】4页(P28-31)【关键词】拉伸;数字散斑相关方法;有限元;应力分布【作者】严银【作者单位】扬州大学机械工程学院,江苏扬州 225127【正文语种】中文0 引言数字散斑相关方法（DSCM）是集计算机技术、光电子技术以及数字图像处理技术为一体的一种非接触测量方法[1]。

在试验阶段，先使用工业摄像机拍摄物体在同一区域内受载前未变形的、受载后变形的散斑图像，而后使用计算机将拍摄的图像进行有关分析计算，最后可以从散斑图中得到具体的变形信息，通过参考所摄图像对应子区域的最大相关度，分析计算每组图片中对应区域的中心点位移信息[2]。

数字散斑相关方法属于非接触式测量，利用此种方法对拉伸状态下波纹板进行研究，分析波纹板在不同位置处的应力分布。

探究在波峰、波谷等位置的应力应变，并运用Ansys Workbench有限元软件进行模拟仿真，以此来验证数字散斑试验方法相关方法是否可行[4]。

1 数字散斑相关试验为了探究数字散斑相关方法的可行性，选取不同参数下的金属波纹板通过散斑方法进行测量，来验证试验方案是否可行及测试数据准确的。

选用铝材料的金属板，其波长50 mm，振幅10 mm，宽度50 mm，包括0.3 mm、0.5 mm两种厚度，然后分别用白色和黑色雅光喷漆喷洒波纹板。

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。

数字散斑相关法（DSCM ）测量物体面内位移一． 实验目的1．了解和掌握DSCM 测量物体面内位移的方法和技术； 2．学会用DSCM 方法测试试件的面内位移。

二． 实验器材和装置实验试件为方形橡皮。

试验器材有：光源、CCD 、图象卡、监视器、计算机及软件。

光源为白光，由光纤灯产生。

计算机及软件主要由图象采集、相关运算、数据处理等软件模块组成。

实验装置和光路如图1所示。

图1 数字散斑相关方法测量示意图三． DSCM 的基本原理如图1所示，当白光照射到橡皮粗糙表面时，形成随机分布的散斑，用CCD 记录散斑图。

物体表面的散斑随着物体的变形而运动，分析变形前后的散斑图，得到散斑沿U 和V 方向的相对位移，既物体沿横向和纵向的相对变形。

变形前后的两幅散斑图存在相关性。

在变形不大的情况下，物体表面的散斑场的灰度变化可以忽略不计。

设（x ，y ）是变形前的一点，（x*，y*）是变形后的相应点，两者的关系为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂∆+∂∂∆++=∂∂∆+∂∂∆++=y v y x v x v y y y u y x u x u x x **用函数F （x i ，y i ）表示变形前某一点（x i ，y i ）处的灰度值，G （x*I ，y*i ）表示变形后对应点（x*I ，y*i ）处的灰度值，由概率与数理统计理论可知，两者的相关系数为：()[]()[]()[]()[]∑∑∑∑∑∑==**====**----=s ss s s sm i m j j im i m j jim i m j j i jigy xg f y x f gy xg f y x f C 11211211,,,,其中0≤C ≤1；C=1时两者完全相关；C=0时两者完全不相关。

分母分别为两者的均方根，分子为两者的相关矩，f 和g 分别为()i i y x f ,和()**i i y x g ,的平均值。

只要两者相关，则以位移为变量的相关函数C(u, v)曲面为一单峰曲面。

数字散斑相关方法用于牙冠形状的三维测量
张修银;杨宠莹;高建新;丁祖泉
【期刊名称】《上海口腔医学》
【年(卷),期】1997(6)2
【摘要】本文介绍了数字散斑相关方法用于牙冠形状的三维测量的过程。

对于一个后牙牙冠的三维形状测量，我们首先测量该牙冠的五个面：颊面、舌面、近远中面、面，然后根据各测量面座标轴的相对位置关系，将五组局部数据转换到同一座标系中实现该牙冠的三维重建，并通过计算机绘图进行三维显示。

该测量方法所获取的牙冠形状的三维数据为修复体CAD／CAM的实现奠定了数据基楚。

本文还就该测量方法的特点、系统精度、三维重建中的数据结合方式、系统量程、可靠性等方面进行了讨论。

【总页数】3页(P68-70)
【关键词】数字散斑相关;牙冠形状;三维测量
【作者】张修银;杨宠莹;高建新;丁祖泉
【作者单位】上海第二医科大学口腔医学院;同济大学生物医学工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】R782
【相关文献】
1.数字散斑相关方法用于应变场测量的研究 [J], 裴娟娟;马琨;温日辉
2.数字散斑相关法应用于非接触应变的测量方法 [J], 张军辉;冯平;蔡增伸
3.数字散斑相关方法用于PMMA弹性模量的测量 [J], 吴加权;马琨;李燕
4.数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹用于非连续表面动态变形测量（英文）[J], 吴思进;杨靖;潘思阳;李伟仙;杨连祥
5.数字散斑时间序列相关三维面形测量中提高精度的方法 [J], 代红军;苏显渝因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

数字散斑相关方法在地下工程相似模拟中的应用随着我国经济的快速发展,人们对能源和空间的需求不断扩大,许多在建和即将新建的地下工程不断走向深部,无论是矿产开采的地下隧道、还是水电开发的地下洞室、能源储备的地下储库以及交通建设的地下隧道等都逐渐向深部方向发展。

随着开挖深度的增加,一些深部围岩问题随之而来,因此,必须对地下工程进行深入研究,采取有效的加固措施。

本文将数字散斑相关方法和相似模拟试验相结合应用于地下工程稳定性试验研究中,采用数字图像技术处理试验数据,并结合数值模拟探究地下工程底板破坏全过程,丰富了地下工程围岩稳定性研究方法,进一步完善了地下工程底板处的受力机理等理论研究,同时为地下工程支护方案的设计提供了丰富的试验数据。

对试验结果分析得出以下几点结论:(1)通过土层锚固体拉拔试验,对数字散斑试验的可行性进行研究,从试验结果分析来看,数字散斑试验在岩土工程中的应用是可行的、有效的,得出的位移和应变图像具有直观性、灵活性和全场性的特点,能满足试验成果分析的要求。

(2)试验采用可视化半圆柱体锚固体界面力学特性试验装置,并结合数字散斑相关技术进行试验。

通过图像处理软件分析结果来看,随着锚固体位移的加大,锚固体带动周边的土体产生锚固体轴向的位移,该位移沿径向是连续分布,没有出现“滑脱”现象。

剪应变区域由初始的局部、泛散、不均匀逐渐沿锚固体轴向扩大,相互连通,最后贯通,形成完整的剪切滑移带。

(3)数字散斑试验应用于地下工程稳定性分析,通过数字散斑试验和数值模拟结果对比来看,两者得到的位移云图具有相似性,数字散斑试验与数值模拟优势互补、相辅相成、相得益彰,弥补了数值模拟的劣势和不足,为数值模拟提供参照。

(4)有两种模型试验结果对比来看,隧道底鼓出现了两种形式,一是隧道底板整体抬升,对应Prandtl滑移线场;二是隧道底板中间部位抬升幅度比两侧较大,呈现出单峰形式,对应Hill滑移线场。

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。

第2章三维数字散斑相关法第2章三维数字散斑相关法三维数字图像相关方法（简称是基于双目立体视觉原理和数字图像相关方法，测量物体表面三维形貌以及三维变形的方法。

本章将讨论的原理及方法。

本章首先介绍数字散斑相关法，然后再介绍双目立体视觉技术。

三维数字散斑相关方法（3D-DSCM）是一种光学测量方法，通过采集目标变形前后的四幅散斑图像，利用双目立体视觉技术进行空间点的重构、二维数字散斑相关方法（2D-DSCM）进行变形前后的空间点的对应，在此基础上完成三维坐标及三维变形的测量。

3D-DSCM 克服了2D-DSCM 只能测量平面物体二维形变的局限，可以获得任意被测表面的空间位移及形变，而且具有实时性、对测量环境要求低、试样准备简单、适用范围广等优点。

2.1 二维数字散斑相关法二维数字散斑相关方法（2D-DSCM）又称为数字图像相关方法（DIC），是基于物体表面散斑图像的灰度特征来进行测量的，根据灰度特征的相关性完成被测物体位移和变形信息测量。

下面是相关搜索的原理，如图 2-1 所示。

数字散斑相关法是一种对试件（受载荷作用下）发生形变前后的散斑场进行相关运算并以此来获得位移全场信息的测量方法。

数字散斑相关法起源于机器视觉的发展，它具有机器视觉的优点——非接触式、全场在线测量等。

数字散斑相关方法是由计算机技术、图像处理技术以及光学技术结合而成的。

相比于前文提及的传统光测法，它的光路相对简单，对测量环境要求低，故其应用面更加广泛。

随着数字化技术迅速发展，其在生物力学、微观结构、材料力学等诸多领域都得到了相对广泛的应用，同时也促进了其他学科的发展。

在基于数字图像相关法的测量实验中，先采集试件变形前后的散斑图像，分别将这两幅图像表示为图像 A 和图(像 ,B。

)如图2.1 所示，在参考图像(2A（+即1变)×形前2的+图1像）中随机选择一种子点，以P点为中心选择一个 ( )像素大小的样本子区。

然后在图像（即变形后的图像）中通过搜索算法寻找目标子区。

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。

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。

探讨三维散斑相关法在设计铆接结构中的应用摘要：三维散斑相关法能够准确测量出物体解结构的变化情况，提高铆接结构的运行稳定性，本文通过优点、原理，两个方面对三维散斑相关法分析进行了总结，并从位移检测、局部搜索测量、二次公差分配，三个方面对三维散斑相关法在铆接结构中的应用分析进行了讨论，希望为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：三维散斑相关法；铆接结构；铆接结构引言：三维散斑相关法在应用时，能够发挥出材料力学、生物学等特征，展示结构内部的动态位移情况，具有较高的测试精度，现阶段这一计算方法已经得到了广泛应用，并逐渐向动态方向发展，在将这一技术应用到铆接结构中时，为了提高应用科学性，需要按照结构设计标准进行测量工作，发挥出相移图像处理的实际意义，提高铆接结构的运行稳定性。

一、三维散斑相关法分析（一）优点为了能够进一步了解三维散斑相关法，需要对优点进行分析，第一，应用普通方法对物体的散斑情况进行分析时，由于这一工作较为复杂，容易出现计算检测失误问题，但三维散斑相关法具有精度高的优点，能够与DSCM结合到一起，提高光路的敏感性，通过光路的参考光了解物体的位移变化情况，提高测量的有效性。

第二，应用普通技术进行测量工作时，存在一定的局限性，虽然能够测量物体位移变化情况，但由于测量工作较为复杂，容易出现测量问题，应用三维散斑相关法时，由于这一技术具有操作简便、处理快捷的优点，进而在测量时能够提高效率，提高铆接结构的运行稳定性。

（二）原理在对三维散斑相关法进行分析时，需要对原理这一角度进行总结，具体可以通过以下两个方面进行分析。

第一，三维散斑相关在进行结构测量时，能够利用数字图像的灰度值进行定位，按照位移变化路线确定几个几何点，到达计算的目的，提高计算质量。

另外，在应用三维散斑相关法时，由于其具有精确度较高的特点，在应用时能够明确二维分量，发挥出三维散斑相关法的实际意义。

第二，在应用三维散斑相关法进行位移测算时，会明确结构变化情况的波长、法线夹角、离面位移等，之后构建出完整的散斑图，提高计算质量，发挥出结构分析的实际意义。

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。

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。