下载文档原格式
第43卷第2期力学与实践2021年4月使用拍照手机的数字图像相关测量系统在实验力学教学中的应用'俞立平潘兵4(北京航空航天大学航空科学与工程学院固体力学所，北京100191)摘要为了加深对力学知识的理解以及激发学生对实验力学的兴趣，本文介绍了基于拍照手机和二维及三维数字图像相关方法相结合的变形测试方法。
首先以经典的单向拉伸实验为例，应用拍照手机和二维数字图像相关法测量了铝合金试样的载荷-应变曲线，并引入“补偿法”思想消除手机成像系统的成像误差以实现高精度的应变测量。
随后，利用基于单个拍照手机和伪立体视觉成像的三维数字图像相关系统测量了规则圆柱面和非规则曲面的三维形貌，并测量了充气球体在放气过程中形貌变化和三维全场变形。
实验结果直观地显示了充气球体表面在放气过程中的变化规律。
这种易于获取、低成本且便携性好的数字图像相关测量系统不仅大大减少了系统搭建的硬件投入，更提高了实际测量的便利性和效率，因此有助于在条件有限的高等院校和研究机构中幵展实验力学教学。
关键词数字图像相关法，智能手机，变形测量，实验教学中图分类号：0348.1 文献标识码：A doi: 10.6052/1000-0879-20-211APPLICATIONS OF CAM ERA PHONE-BASED DIGITAL IMAGECORRELATION SYSTEM IN THE TEACHINGOF EXPERIMENTAL M ECHANICS*1)YU Liping PAN Bing2 *)(In stitu te of Solid M echanics, School of A eronautic Science and Engineering, B eihang University, Beijing 100191, C hina)Abstract To help students better understand mechanics and to stimulate students5interest in experimental mechanics, this paper proposes experimental methods based on the camera phone imaging and the digital image correlation for two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) deformations measurement. Taking the typical tensile test as an example, we first determine the load-strain curve of an aluminum specimen using a camera phone and the two-dimensional digital image correlation (2D-DIC). To achieve the high-precision strain measurement, the idea of “compensation” is introduced to eliminate the errors associated with the camera phone image. Subsequently, the three-dimensional digital image correlation (3D-DIC) system based on a single camera phone is developed to determine the shape profiles of a cylinder and irregular surfaces, as well as the topography change and the 3D full-field deformation of the inflatable sphere during the deflation process. The experimental results intuitively show the change of the surface of the inflatable sphere during the entire deflation process. The cost-effective and ultra-portable camera phone-based DIC systems not only greatly decrease the hardware investment in the system construction, but also increase the convenience and the efficiency of 3D deformation2020-05-20收到第1稿，2020-06-16收到修改稿。
数字图像相关法变形测量系统的研究与应用孙轩; 王雅萍; 王博怀【期刊名称】《《机械设计与制造》》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】5页(P149-152,157)【关键词】数字散斑; 变形测量; 数值模拟; 强度【作者】孙轩; 王雅萍; 王博怀【作者单位】西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TP399; TH161 引言数字散斑相关方法（Digital Speckle Correlation Method，DSCM），又称数字图像相关法，是一种非接触光学测量手段，结合了现代光测力学和计算机图像处理技术，可用于物件变形和应变的测量，由文献[1-2]在上世纪八十年代同时独立提出。
随着近几十年的不断深入研究发展，其应用范围也越来越广，从材料力学[3]、生物力学、断裂力学到实际的工程运用如土木、机械、医学等领域中。
应变及变形测量在如今的应用相当广泛。
传统测量方式，例如线性位移传感器LVDT和引伸计等，线路繁复，一般仅能用于单点单向测量且在获得完整结果前需做精准设置；测量应变常用的应变片，贴片工艺复杂，且测量的往往是一定面积内的平均应变，而且在某些非接触场合不适用。
现代光学测量技术的发展提供了许多测量方法，如数字散斑相关法、云纹法、全息干涉法、电子散斑干涉、光导纤维测试技术、射线测量、光谱分析等，而这些方法都各兼有优点和不足。
相比较而言，基于数字散斑相关的测量方法可以通过变形前后物体表面的两幅数字图像的比较直接获得位移和应变信息而显示出巨大的优势。
其优点有：（1）全场、非接触式测量；（2）实时测量。
可以根据需求测量变形过程中任意时刻的变形量；（3）实验设备简单，环境需求低。
试件表面的散斑图可以是物体表面自身随机分布的斑点或者是通过人工制斑技术获得的伪随机分布的散斑。
（4）针对微尺度变形、高速运动状态的物体变形，可以搭配特殊分析模块，完成分析测量任务[4-5]。
一种数字图像技术实现应变测量的设计与实验对比王娟;卓伟;马绍惠【摘要】基于数字图像处理技术设计实现了其在应变测量领域应用,采用了位移场-牛顿迭代法、应变估计处理进行了理论设计分析;在铝合金材料的变形测量实验中通过铝合金材料拉伸应变仪记录与数字图像设计方法对比得出:采用数字图像应变测量与记录仪基本一致,可以实现应变测量;构件表面散斑颗粒大小对设计的数字图像应变测量会产生一定的影响;文中设计的方法不仅实现了应变测量精度的改进,还提供了一种易于实施、有效的技术手段.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2014(022)008【总页数】3页(P2635-2637)【关键词】数字图像处理;应变测量;散斑图;拉伸应变仪【作者】王娟;卓伟;马绍惠【作者单位】南阳理工学院,河南南阳453002;郑州大学软件学院,郑州450002;河南机电高等专科学校,河南新乡 453000【正文语种】中文【中图分类】U416.2170 引言数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号，采用计算机对信号实现处理的一种过程。
在现代数字图像处理及领先的光测技术的条件下，数字图像测量学应运而生。
它是利用对变形前后物体表面的数字图像进行分析之后，得出被测物表面的变形信息［1－3］。
然而尽管在20世纪50年代数字图像处理的概念就被提出，研究人员利用计算机对图像进行处理以及获取信息的实现依然在测量领域没有得到普遍的商用［4］。
最近几年，随着CCD（电荷耦合元件）摄像机、图像处理等的技术方法的长足发展，使得数字图像测量在各个领域都有了一定的应用。
散斑（通常人们把散斑看成是噪声）作为全息图质量影响的关键元素之一［5－6］，其研究一直以来是图像领域的热点方向［7－8］。
与此同时散斑测试技术也有了突飞猛进的发展，其经历了4个阶段的发展：散斑照相法、散斑干涉技术、电子散斑干涉技术（ESPI）及数字散斑相关技术（DSPI）。
本文基于数字散斑技术应用位移场－牛顿迭代法、应变估计处理实现了应变测量的设计，通过实验验证了数字图像处理的优势与正确性，这一设计的方法不仅实现了应变测量精度的改进还提供了一种易于实施、有效的技术手段。
测量“精度”与仪器“精度”陆洪波;陈琪【摘要】在测量时,我们经常会提到测量结果的“精度”、测量仪器的“精度”.实际上,许多时候我们常说的“精度”并不能准确的表达我们希望传递的信息,或者说我们没有真正分清“精度”的含义.本文尝试将这一问题进行分析,期望能在使用中进行准确的表述,对“精度”的表述规范化进行探讨.【期刊名称】《北京测绘》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】4页(P8-11)【关键词】测量;精度;准确度等级【作者】陆洪波;陈琪【作者单位】北京市测绘设计研究院,北京 100038;北京市测绘设计研究院,北京100038【正文语种】中文【中图分类】P204在自然科学中，人们通过测量得到对事物的认识，没有测量就没有科学。
测量是人类认识自然和改造自然的重要手段。
由于误差的的存在，任何测量结果均含有误差，如何评价、衡量测量结果的质量，这就涉及到测量“精度”的问题。
1 精度的含义1.1 精度的一般含义精度是精确度、准确度的简称，精度表征了测量结果与真值相符合的程度。
测量结果均含有误差，精度的高低是用误差来衡量的，误差大，精度低；误差小，精度高。
显然，误差大就不准确。
准确一词已经使用的很普遍、很习惯了，例如钟表走时很准确，炮弹准确地命中目标，等等。
因此，精度的高低意味着准确的程度，即所谓准确度（精密度）。
1.2 精度的具体含义精度是用误差来衡量的，误差按性质可分为系统误差和随机误差。
因此，精度也相应做如下区分。
1.2.1 正确度正确度表示由系统误差引起的测得值与真值的偏离程度，偏离越小，正确度越高。
系统误差越小，测量结果越正确。
1.2.2 精密度精密度指在一定的测量条件下，对某一量的多次测量中，各测量值间的离散程度（GB／T14911－2008《测绘基本术语》［3］）。
表示由随机误差引起的测得值与真值的偏离程度，偏离越小，精密度越高。
随机误差越小，测量结果越精密。
1.2.3 准确度（精确度）定义1：准确度是指“测量结果与被测量真值之间的一致程度”（JJF1001－1998《通用计量术语及定义》［6］）；定义2：准确度是指在一定测量条件下，对某一量的多次测量中，测量值的估计值与其真值的偏离程度（GB／T14911－2008《测绘基本术语》）。
利用数字图像相关法测定微区的应变场
罗淼;张东升
【期刊名称】《图象识别与自动化》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】本文采用数字图像相关法对微小区域的变形进行测定。
通过比较变形前后的图像，获得全场的位移信息，再借助线性最小二乘法原理，对图像中各子区域的位移进行曲面拟合，应变场则由其一阶导数获得。
数值模拟结果显示，该方法可以大大提高应变场的连续性。
最后，采用自行研制的微型材料测试系统，对带孔的铜质薄膜在拉伸情况下孔边的变形场和不锈钢片的滑移变形场进行了测试。
【总页数】6页(P33-38)
【作者】罗淼;张东升
【作者单位】上海大学力学系;上海市应用数学与力学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.三维数字图像相关法的匹配策略和应变场计算 [J], 夏瀚笙;沈峘;王莹;刘敦强
2.三维数字图像相关法的匹配策略和应变场计算 [J], 夏瀚笙;沈峘;王莹;刘敦强;
3.数字图像相关法观测剪切应变场教学实验 [J], 吴凤琳;张东升
4.基于数字图像相关和有限元法分析45#钢悬臂梁在微小外力下的应变场 [J], 李义之;张元元;夏杰;
5.基于数字图像相关方法的裂隙砂岩应变场演化规律及前兆识别 [J], 张科;李娜
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
改进的数字图像应变测量方法张樟;徐飞鸿【摘要】为了抑制噪声的干扰,从位移场中计算得到更为精确的应变场,文章提出了一种基于三次样条函数平滑技术的最小二乘拟合法.即先通过数字图像相关方法计算得到位移场,然后对位移场x和y两个方向分别进行三次样条拟合,通过拟合的方式,以达到抑制噪声的目的.将拟合之后的位移场最终通过最小二乘法计算得到应变场.最后通过模拟散斑图进行验证,表明该方法可以解决小变形的应变场测量.【期刊名称】《北华航天工业学院学报》【年(卷),期】2017(027)004【总页数】5页(P31-35)【关键词】数字图像相关;最小二乘拟合;三次样条函数;应变【作者】张樟;徐飞鸿【作者单位】长沙理工大学土木与建筑学院 ,湖南长沙 410114;长沙理工大学土木与建筑学院 ,湖南长沙 410114【正文语种】中文【中图分类】TN911.74结构变形是直接反映结构工作特性的重要指标，是结构分析必须的参数。
无论是关于结构的计算还是针对结构的试验研究，获取工程结构的位移或应变等信息，对于引导结构分析的方向和指导工程实践都具有至关重要的意义[1]。
数字图像相关方法(Digital Image Correlation Method, DICM)是上个世纪80年代初由美国南卡罗来纳州大学的Peter和Ranson[2]最先提出。
在过去的30多年中，DICM领域中的众多学者大多将研究重点集中在如何提高其位移测量的精度上，并提出了多种亚像素位移测量算法[3,4,11]。
在实际的工程应用中，人们不仅关注结构的位移测量问题，同时关注更有实际意义的应变信息。
从数学角度看，位移与应变是一种数值差分的过程，而差分操作会将位移场中的噪声恶性放大。
此外，其他学者还提出采用薄板样条平滑[5]或者有限元平滑[6]的手段去除位移场噪声，遗憾的是这些手段数学形式与编程都异常复杂，限制了他们的推广与应用。
目前应用最为广泛的是潘兵[7]提出来的基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法。
新型光学二维图形圆度测量装置
佚名
【期刊名称】《《军民两用技术与产品》》
【年(卷),期】2012(000)012
【摘要】中国计量科学研究院成功研制出一种高精度的新型光学二维图形圆度测量装置并通过专家验收。
该装置可用于光学影像测量设备标准器的溯源，为集成电路、印刷电路和机械零件等加工制造行业的光学制版设备和光学成像加工设备的准确度验收提供了新的可能。
【总页数】1页(P30-30)
【正文语种】中文
【中图分类】TP334.2
【相关文献】
1.圆度测量装置的控制系统设计 [J], 倪厚强;朱兴龙;高龙琴;周骥平
2.一种新型光电位移传感器在Y-200圆度测量仪中的应用 [J], 李国斌;李利歌
3.新型光学对中自动测量装置的设计 [J], 张永超;赵录怀;谭仕强
4.智能圆度测量装置的推理机制的研制 [J], 谈理;刘有毅;冯淑敏;常亮
5.发动机气缸套椭圆度测量装置 [J], 谢诚
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
