数字图像相关方法测试技术
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非接触应变测量系统(VIC-3D/VIC-2D)非接触应变测量系统(VIC-3D/VIC-2D)产品简介随着光电技术、视频技术、计算机视觉技术的发展,数字图像相关性应运而生。
CSI公司自主研制的非接触式全场应变测量系统——Vic-3D系统和Vic-2D系统,采用先进的3D /2D数字图像相关性运算方法,测量任意的位移和形变,从500微应变至500%以上的应变,样品的尺度在1mm至10m。
样品准备简单,只需喷漆;系统启动在1个小时内可以完成;试验过程中,只需白光照明,不要求激光或其它特殊照明条件,同时可以随时对实验对象进行校正,做实时的模拟输出及数据处理;集成软件操作容易,三维绘图可以方便的插入MS-OFFICE等文档处理软件;整个测量过程是非接触的,不存在机械力交互作用,测量结果准确可靠。
此系统目前主要被工业、企业、高校、军事单位和政府单位应用在材料测试、碰撞实验、无损检测、振动分析、高速测量项目、有限元算法验证、生物测试等领域。
型号VIC-3D/VIC-2D公司名称北京乔泽科技有限公司ARAMIS 系统简介(马路科技)AR AMIS 是光学3D变形分析的系统,适合于量测工件或材料试片的3D变形及应变,藉由连续动态地撷取每个材料应变状态,以得到试片瞬间的变形、高细节分辨率以及高精度的量测数据。
对于静态及动态负载的工件或试片,AR AMIS 可以不受限材料类别并且非接触的量测到以下种类数据:●3D 表面坐标值及3D 位移●3D 速度及加速度●平面应变量及平面应变率●材料特性数值或曲线对于材料及工件变形行为有更好的了解是新材料的应用、精确的分析材料特性以及改善数值分析模型的关键。
AR AMIS提供了精确可信赖的分析结果。
利用Ai技术进行图像识别的步骤和技巧在当今数字化时代,人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)技术已经广泛应用于多个领域,其中图像识别是其主要应用之一。
利用AI技术进行图像识别可以帮助我们识别、分类和分析大量的图像数据,为许多行业提供了更高效、准确的解决方案。
本文将介绍利用AI技术进行图像识别的基本步骤和一些实用的技巧。
一、图像识别的基本步骤1. 数据采集和准备在进行图像识别之前,首先需要收集并准备相关的图像数据。
这些数据可以来自于各个渠道,如网络、相机拍摄等。
同时,还需要对数据进行预处理,包括调整图像大小、去噪处理等,以确保数据质量和一致性。
2. 特征提取和选择在利用AI进行图像识别时,需要将图像转化为数学特征向量,以便计算机可以理解和处理。
特征提取是将图像中重要的信息提取出来的过程,可以使用传统的特征提取算法,如SIFT、HOG,也可以使用深度学习中的特征提取网络,如卷积神经网络(CNN)。
选择合适的特征提取方法对于图像识别的准确性和效率具有重要影响。
3. 模型训练和优化在图像识别中,建立一个准确的模型是关键。
利用提取到的特征向量进行模型训练,可以使用各种机器学习算法,如支持向量机(SVM)、随机森林(Random Forest)等,也可以使用深度学习的技术,如卷积神经网络(CNN)。
在模型训练的过程中,需要进行参数调优和模型优化,以提高模型的准确性和泛化能力。
4. 测试和评估训练好的模型需要进行测试和评估以验证其准确性和性能。
可以使用一部分已标注的图像作为测试集,通过与模型进行对比和分析,评估模型的表现,并根据需要进行优化和改进。
5. 部署和应用一旦模型通过测试和评估,可以将其部署到实际应用中。
可以将其集成到具体的软件或硬件系统中,用于实时的图像识别任务,如人脸识别、物体检测等。
同时,为了保证持续的准确性和性能,还需要进行模型的定期更新和维护。
二、图像识别的技巧1. 数据增强数据增强是一种通过对已有数据进行变换和扩充生成更多样本的技术。
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-DSC M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一一非接触式、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)X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。
图像识别方法及图像识别模型的训练方法在当今数字化的时代,图像识别技术已经成为了一项至关重要的技术。
它在众多领域都有着广泛的应用,如安防监控、自动驾驶、医疗诊断、工业检测等等。
那么,图像识别到底是如何实现的呢?这就涉及到图像识别方法以及图像识别模型的训练方法。
首先,我们来了解一下图像识别的基本方法。
图像识别的核心思想是从图像中提取出有价值的特征,并利用这些特征来对图像进行分类或识别。
一种常见的方法是基于传统的图像处理技术。
这包括对图像进行灰度化、二值化、滤波、边缘检测等操作,以提取图像的基本形状、纹理等特征。
例如,通过边缘检测算法,可以找出图像中物体的轮廓;通过纹理分析,可以判断图像中的材质。
另一种重要的方法是基于深度学习的技术。
深度学习中的卷积神经网络(CNN)在图像识别中取得了巨大的成功。
CNN 能够自动从大量的图像数据中学习到有效的特征表示。
它通过一系列的卷积层、池化层和全连接层来对图像进行处理。
卷积层用于提取局部特征,池化层用于降低特征维度,全连接层则用于最终的分类或识别。
在实际应用中,还会结合多种方法来提高图像识别的效果。
比如,先使用传统的图像处理方法对图像进行预处理,去除噪声、增强对比度等,然后再将处理后的图像输入到深度学习模型中进行识别。
接下来,我们探讨一下图像识别模型的训练方法。
数据准备是训练图像识别模型的第一步。
需要收集大量的图像数据,并对这些数据进行标注,即标记出图像中的目标类别。
数据的质量和数量对模型的训练效果有着至关重要的影响。
为了增加数据的多样性,可以对原始数据进行数据增强操作,如翻转、旋转、缩放、裁剪等。
选择合适的模型架构是关键的一步。
对于图像识别任务,常见的模型架构如 VGG、ResNet、Inception 等都表现出色。
这些架构在不同的应用场景中可能会有不同的效果,需要根据具体问题进行选择和调整。
在训练过程中,需要设置合适的超参数,如学习率、迭代次数、正则化参数等。
数字图像处理考试复习试题一、单项选择题(本大题10~20小题,每小题1分)1、一幅灰度级均匀分布的图象,其灰度范围在[0 ,255] ,则该图象的信息量为():A. 0B. 255C. 6D. 82、图象与灰度直方图间的对应关系是:( )A. 一一对应B. 多对一 C . 一对多 D. 都不对3、下列算法中属于局部处理的是:( )A. 灰度线性变换B. 二值化C. 傅立叶变换D. 中值滤波4、下列算法中属于点处理的是:( )A. 梯度锐化B. 二值化C. 傅立叶变换D. 中值滤波5、一曲线的方向链码为12345,则曲线的长度为( )。
A. 5B. 4C. 5.83D. 6.246、下列算法中属于图象平滑处理的是:( )A. 梯度锐化B. 直方图均衡C. 中值滤波D. Laplacian 增强7、下列图象边缘检测算子中抗噪性能最好的是:( )A. 梯度算子B. Prewitt 算子C. Roberts 算子D. Laplacian 算子8、采用模板[-1 1 ]主要检测( )方向的边缘。
A. 水平B. 45°C. 垂直D. 135°9、二值图象中分支点的连接数为:( )A. 0B. 1C. 2D. 310. 对一幅100×100 像元的图象,若每像元用8 bit 表示其灰度值,经霍夫曼编码后压缩图象的数据量为40000bit ,则图象的压缩比为:( )A. 2:1B. 3:1C. 4:1D. 1:211、下列哪种图像代数运算可以完成“运动检测”:( )A. 加运算B. 减运算C. 乘运算D. 除运算12、一幅800×600的24位真彩色图像,其红色分量数据量为()Byte。
A. 800×600;B. 800×600×3;C. 800×600×8D. 800×600×3×813、下列那种数学形态学操作能在二值图像中检测出某特定形状的对象:()A. 开运算B. 闭运算C. 边界提取D. 击中击不中变换14、下图1是标准测试图像Lena图,对该图像进行处理后,形成的结果图像如图2所示,这是经过()处理得到的。
图像识别中的鲁棒性评估方法探索导言:在当今数字化的时代,图像识别技术越来越受到关注和重视。
然而,随着图像识别技术的不断发展,我们也不可避免地面临鲁棒性的挑战。
图像识别中的鲁棒性评估方法对于提高算法的稳健性和可靠性起着举足轻重的作用。
本文将探讨图像识别中的鲁棒性评估方法。
一、什么是鲁棒性评估方法?鲁棒性评估方法是指通过一系列实验和分析,对图像识别算法的鲁棒性进行评估并给出评价指标。
具体而言,鲁棒性评估方法可以衡量算法对于噪声、扭曲、光照变化等外界因素的稳定性和准确性。
通过鲁棒性评估,我们可以了解图像识别算法在各种复杂环境下的表现,从而对其进行改进和优化。
二、传统的鲁棒性评估方法传统的鲁棒性评估方法通常是基于一些已知的数据集进行测试和分析。
例如,常用的MNIST数据集包含手写数字图片,我们可以通过制造各种扭曲、噪声等变化来评估算法的鲁棒性。
然而,传统的方法往往是针对特定问题设计的,很难适应不同场景下的图像识别需求。
三、基于对抗样本的鲁棒性评估方法近年来,基于对抗样本的鲁棒性评估方法受到了广泛的关注。
对抗样本是指通过对原始图像进行微小修改,使得人眼难以察觉的变化却能使得图像识别算法产生错误的结果。
通过制造对抗样本,我们可以评估算法在重要像素被篡改的情况下的性能表现。
这种方法更加贴近实际应用场景,能够对算法的鲁棒性进行更为全面准确的评估。
四、基于迁移学习的鲁棒性评估方法迁移学习是一种利用已有知识来进行新任务学习的方法。
在图像识别领域,迁移学习可以帮助我们将已训练好的模型应用到不同领域的图像识别中。
基于迁移学习的鲁棒性评估方法通过将目标场景的数据与源领域的数据进行训练和测试,分析算法在不同领域下的性能差异,进而评估算法的鲁棒性。
这种方法能够更真实地模拟实际应用中的转移情况,对于提高图像识别算法的鲁棒性具有重要意义。
五、结语随着图像识别技术的不断进步,鲁棒性评估方法的研究也变得愈发重要。
本文对图像识别中的鲁棒性评估方法进行了探讨,包括传统方法、基于对抗样本的方法和基于迁移学习的方法。
摘要为能够有效解决实时直线图形提取问题,提出了一种基于Hough变换(HT)的直线提取算法。
它所实现的是一种从图像空间到参数空间的映射关系。
由于具有一些明显优点和可贵性质,它引起了许多国内外学者和工程技术人员的普遍关注。
由于其根据局部度量来计算全面描述参数,因而对于区域边界被噪声干扰或被其他目标遮盖而引起边界发生某些间断的情况,具有很好的容错性和鲁棒性。
多年来,专家们对Hough变换的理论性质和应用方法进行了深入而广泛的研究,目前应用于生物医学、自动化和机器人视觉、空间技术和军事防御、办公自动化等各个方面。
本次课称设计首先分析了数字图像中直线边缘的三种结构特征,提出采用基元结构表示目标边缘点,并在约束条件下计算基元结构的基元倾角。
在此基础上,结合传统的HT的思想对基元结构进行极角约束HT,以获得最终的直线参数。
最后,再用MATLAB软件对该算法进行编程仿真。
实验结果表明,对合成图像和自然图像,该算法能够有效的识别图像中的直线段。
关键词:直线提取;Hough变换;MATLAB目录1. 课程设计的目的 (1)2. MATLAB简介及应用 (1)2.1 MATLAB简介 (1)2.2 MATLAB应用 (1)2.3 MATLAB特点 (2)3. Hough变换原理 (2)3.1 Hough变换的基本原理 (2)3.2 Hough变换的不足之处 (4)3.3 Hough变换的应用 (4)4. Hough变换检测直线设计 (5)4.1 Hough变换检测直线基本原理 (5)4.2 Hough变换的几种基本算法 (6)4.3 Hough变换算法的比较与选择 (7)4.4 Hough变换检测直线的算法流程图 (9)4.5 Hough变换检测直线算法的实现 (9)5. 仿真结果及分析 (11)5.1 仿真结果 (11)5.2 结果分析 (14)结论 (15)参考文献 (16)数字图像中的Hough变换应用——直线的检测1.课程设计的目的本次课程设计的目的在于提高发现问题、分析问题、解决问题的能力,进一步巩固数字图像处理系统中的基本原理与方法。
数字化测绘技术在工程测量中的应用研究摘要:工程测量中数字化技术得到了广泛推广与应用。
相较于传统的人工测绘技术,数字化测绘技术可利用设备优势进行自动化测量及数据计算,在提升测绘效率的同时大幅度降低了人力、资金的投入。
基于此,本文将对数字化测绘技术在工程测量中的应用进行分析。
关键词:数字化测绘技术;工程测量;应用1 数字化测绘技术特点1.1 测量效能高与传统测量技术相比,数字化测绘技术具有测量效能高的显著特点。
数字化测绘技术包含全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)等智能信息系统,其中GPS系统是以人造地球卫星为基础的高精准度无线导航定位系统,具有高精准度、全天候、全国覆盖的功能特点。
数字化测绘技术利用GPS系统,能够对建筑工程所处环境进行三维定位,在计算机中传输测量数据,构建地理信息模型,通过GPS系统全天候的使用特点,能够避免环境因素对测量数据带来的影响,大幅度提高了数字化测绘技术测量数据的精准度,保证了其测量效能。
在GIS系统中,储存了我国5万多个常见的地理信息库,使数字化测绘技术能够自动识别建筑工程由地理因素引发的一系列问题,并且GIS系统的实时态势感知,能够在工程测量中利用地理信息预测建筑工程的实际变量,从而在建筑工程的预期数据中筛选可利用的信息资源,解决建筑工程地理信息多、变化快等难点问题。
1.2 图形属性丰富传统的测量技术基本选用人力的测量方式,由施工人员利用激光垂线仪、激光经纬仪等测量设备现场测量工程信息,并将测量后的数据最终汇聚成表。
这种做法,虽保证了工程测量数据的精准度,但缺少了图形的直观展示,工程设计人员无法将数据与工程设计图详细比对。
而数字化测绘技术包含了丰富的图形元素,施工人员在利用数字化测绘技术时,通过使用测图符号可在保证工程测量数据准确性的同时丰富建筑工程的图形信息,也便于工程设计人员在工程测量后能够直接将工程设计图与实际数据比对,避免工程设计出现数据纰漏。
2 数字化测绘技术在工程测量中的应用2.1 数字化成图航测技术当对那些工程范围较大的地区进行数字测绘时,就必须根据实际地形以及实际情况开展测绘工作,有必要时,可以使用航空拍摄的方式对地面的数据信息进行采集,从而构建出相应的模型。
PTCA (PARTA: PHYS.TEST.)5 ■逑IX)I: 10.11973/lhjy-wl202105010数字图像相关法在复合材料研究中的应用进展肖志斌1,武丽丽2,裘雄伟、柯贤朝,蔡亮3(1.海装驻上海地区第六军事代表室,上海200000;2.上海航天精密机械研究所,上海201600;3.上海材料研究所上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海200437)摘要:数字图像相关方法(DIC)具有自动化、光路简单、普适性好及抗干扰能力强等优点,广泛 应用于多领域、多种材料的力学性能测试中。
综述了自2017年以来,数字图像相关方法在复合材料的力学性能测试、功能结构性能研究及产品质量检测中的应用进展,并提出了发展方向。
关键词:数字图像相关方法;复合材料;力学性能;应用中图分类号:TB33 文献标志码:A文章编号:1001-4012(2021)05-0039-07Application Progress of Digital Image Correlation in Composite Materials ResearchXIAO Zhibin1 ,WU Lili2,QIU Xiongwei1.KE Xianchao3,CAI Liang1(1. The Sixth Military Representative Office of Naval Equipment Department in Shanghai, Shanghai 200000, China;2.Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute, Shanghai 201600, China;3.Shanghai Key Laboratory of Engineering Materials Application and Evaluation, Shanghai Research Institute of Materials»Shanghai 200437, China)Abstract:Digital image correlation (DIC) has the advantages of automation, simple optical path, good universality and strong anti-interference ability, which i s widely used in many fields and materials mechanicalproperties testing. The application progress of digital image correlation in mechanical properties testing, functionalstructural properties research and product quality inspection of composite material since 2017 was reviewed, and thedevelopment direction was put forward.Keywords:digital image correlation; composite material; mechanical property; application数字图像相关方法(Digital Image Correlation,简称DIC)是从物体表面随机分布的斑点或人工散 斑场中直接读取变形信息,然后根据散斑场变形前 后的统计相关性来计算位移和变形量,是一种对材 料或结构表面在载荷作用下进行全场位移和应变分 析测量的方法。
动态对比度测试方法引言:动态对比度是指图像中亮度差异的程度。
在图像处理、显示技术和视觉心理学等领域,动态对比度的测量和评估是非常重要的。
本文将介绍几种常用的动态对比度测试方法,以帮助读者更好地了解和应用这一概念。
一、直观对比度评估法直观对比度评估法是最常用的动态对比度测试方法之一。
该方法利用人眼对亮度变化的感知能力,通过观察者对不同对比度图像的主观评价来进行测量。
具体步骤如下:1. 选择一组具有不同对比度的图像。
2. 让观察者观察并评价这些图像的对比度,可以使用五级或七级评分法。
3. 统计观察者的评价结果,计算平均分数作为对比度的评估值。
二、物理测量法物理测量法是一种准确度较高的动态对比度测试方法。
该方法通过使用专业设备测量图像中不同区域的亮度值,并计算出对比度值。
主要步骤如下:1. 使用专业设备测量图像中不同区域的亮度值,例如使用光度计或光电二极管等。
2. 计算不同区域亮度值之间的差异,得出对比度值。
3. 根据测量结果进行数据分析和评估。
三、计算机辅助测量法计算机辅助测量法是一种基于计算机图像处理技术的动态对比度测试方法。
该方法通过对图像进行数字化处理和分析,计算出对比度值。
具体步骤如下:1. 将图像数字化,并进行预处理,如去噪、增强等。
2. 提取图像中的亮度信息,例如使用灰度直方图、梯度算子等。
3. 根据亮度信息计算出对比度值,可以使用统计学方法或数学模型。
四、主观主导测量法主观主导测量法是一种结合主观评价和客观测量的动态对比度测试方法。
该方法将观察者的主观评价和物理测量相结合,得出对比度值。
具体步骤如下:1. 让观察者观察一组具有不同对比度的图像,并进行主观评价。
2. 使用物理测量法对这些图像进行测量,得出对比度值。
3. 将观察者的主观评价和物理测量结果进行比较和分析,得出最终的对比度评估值。
五、眼动追踪测量法眼动追踪测量法是一种基于眼动追踪技术的动态对比度测试方法。
该方法通过追踪观察者的眼球运动轨迹,分析其对图像中亮度变化的注意力分布,从而得出对比度评估值。
遥感第一章1遥感数字图像;遥感数字图像的分类方式和对应类别。
(1)定义:遥感数字图像是数字形式的遥感图像。
不同的地物能够反射或辐射不同波长的电磁波,利用这种特性,遥感系统可以产生不同的遥感数字图像。
(2)可见图像和不可见图像单波段和多波段,超波段数字图像和模拟图像2遥感图像的成像方式(三大种:摄影、扫描、雷达)。
(1)摄影,扫描属于被动遥感雷达属于主动遥感(2)摄影:根据芦化银物质在关照条件下回发生分解这一机制,将卤化银物质均匀涂在片基上,制成感光胶片扫描:扫描类遥感传感器逐点逐行地以时序方式获取的二维图像雷达:由发射机向侧面发射一束窄波段,地物反射的脉冲,由无线接收后被接收机接收3遥感图像的数字化(模数转换)过程——两大过程:采样、量化,名词解释。
采样:将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样,即:图像空间位置的数字化。
采样是空间离散。
量化:遥感模拟图像经离散采样后,可得到由M×N个像素点组合表示的图像,但其灰度(或彩色)仍是连续的,还不能用计算机处理。
它们还要进一步离散并归并到各个区间,分别用有限个整数来表示,这称之为量化,即:图像灰度的数字化。
量化属于亮度属性离散。
遥感图像数字化过程两个特点:亮度和空4遥感数字图像的存储空间大小的计算。
图像的灰度级有:2,64,128,256存储一幅大小为M*N,灰度量化位数G的图像,所需要的存储空间(图像数据量)为M*N*G(bit)1B=8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MBTM空间分辨:1,2,3,4,5,7为30米,6为120米5遥感数字图像的分辨率(时间、空间、光谱、辐射分辨率);(1)时间分辨率:指对同一地点进行遥感采样的时间间隔即采样的时间频率,也称重访周期空间分辨率:指图像像素所代表的相应地面范围的大小,空间分辨率愈高,像素所代表的范围愈小光谱分辨率:光谱分辨率是指成像的波段范围,分得愈细,波段愈多,光谱分辨率愈高辐射分辨率:是传感器区分反射或发射的电磁波辐射强度差异的能力。
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。
硕士研究生课程 土木工程测试技术
论文
数字图像相关方法测试技术 摘要:土木工程是研究人们基本生活的古老学科,近年来,随着我国土木工程事业的蓬勃发展,建设规模不断扩大,建设速度不断提高,与此同时,工程中也遇到了越来越多的安全问题。土木工程测试技术在检测和监测这类工程问题及材料力学性能研究分析方面,发挥着越来越重要的作用,其中数字图像相关方法自提出以来不断发展与创新,在土木工程测试中已经显示出其巨大的工程实用价值。随着数字图像相关技术进一步发展,必将为现代土木工程测试技术的发展起到不可限量的作用。 关键词:数字图像相关方法,散斑图像灰度分析,土木工程,测试技术
1 引言 进入21世纪以来,随着我国土木工程事业的蓬勃发展,建设规模不断扩大,土木类工程对于测试技术的要求也越来越高,致使传统的测试方法达不到理想的测试效果。随着科技水平的日益提升,借助于创新型学科及现代化仪器的测试方法得到了快速的发展,新的学科不断涌现,一方面给老学科带来了巨大压力,另一方面也为老学科的发展提供了机遇。对于土木工程学科,利用信息时代的先进控制技术、测试技术、先进的仪器设备、创新型的研究方法,不断拓宽其研究领域和应用范围就是土木工程学科发展的机遇之一。近年来土木工程领域中新材料、新结构、新技术、新理论及新设计的出现,结构物的几何形状越来越复杂,载荷情况和工作环境也越来越多样,致使传统的测试手段已不再适用或需进一步完善以适应新的变化,因此新的测试方法就显得更加重要。混凝土、桥梁、地基、房屋等的安全性及有效性检测和监测,也变得越加困难,随着实验力学工作者对于新技术、新方法、新思路的应用,很多先进的测试手段已经在推动土木工程的发展方面起到重要的作用。
1.1 土木工程测试技术研究现状 近年来我国现代土木测试技术发展迅速,其中混凝土测试方法有,回弹法、超声检测法、钻芯法、超声回弹综合法、混凝土缺陷的超声探伤及声发射诊断、混凝土裂缝的深度检测等、桥梁方面有基于虚拟仪器的实时监测仪器,岩土方面的原位测量法,及借助于的各类先进传感器进行的多种温度传感器的测温系统,超声检测仪及智能超声检测仪开发技术、超声检测仪等先进设备的应用。此外,基于高速摄像机的数字图像相关方法在我国也得到了广泛的应用。放眼观世界,西方发达国家的测试手段也不断的创新发展,我国的测试方法有些借助于国外先进仪器或者技术的指导,同时一些来自于我国土木工程类测试方法也为其它国家的测试技术发展提供了参照。土木学科是中国的古老学科,中国的人口要求了中国的建筑。现代的测试技术要求更多非信息类学科大量开设信息学科相关课程,以培养非信息类学科大学生更好地利用先进信息技术手段的能力以及综合科研素质。美国的伊利诺伊厄本那—香槟大学运用小波神经网络、概率神经网络以及单片机、DSP技术进行结构的损失诊断。在国内,许多非信息类专业,特别是传统的工科专业不仅开设电工电子技术、计算机文化基础、C语言等基础信息类课程,很多专业还开设了单片机原理、数字信号处理、传感器技术,以及虚拟仪器等基础类课程,随着时间的发展,土木建筑的要求会越来越高,致使土木工程测试技术方法也会越来越先进。
2 数字图像相关方法 2.1 数字图像相关方法的简介 数字图像相关方法(Digital Image Correlation ),是一种近年来发展迅速的光测力学技术,也称为数字散斑相关方法,简称DIC方法。这种方法主要用于对材料或者结构表面的外载或其他因素作用下的变形场进行测量。它的优点十分突出,如全场测量、非接触、光路相对简单、测量视场可以调节、不需要光学干涉条纹处理、可适用的测试对象范围广、对测量环境无特别要求等。近20多年来,国内外实验力学工作者围绕这一技术的理论研究及其应用研究等方向做了大量的工作,取得了一大批重要的研究成果。目前,这种方法的理论体系正在逐步完善,在实验的各个技术环节上正在逐步改进,其应用的研究领域也在不断扩大,已经被成功地应用于材料的力学行为、动态测量、断裂力学等方面中。此外,在工程应用、土木测试、固体力学问题研究以及材料性能分析等领域中,这种方法正在得到越来越多的关注,并且取得了一定的进展。
2.2 数字图像相关方法的发展及应用 通常所说的数字散斑相关方法一般是指二维数字散斑相关方法,该方法是在上个世纪80年代初期由日本的Yamaguchi和美国南卡罗来纳州大学的Peter和Ranson等人同时独立提出的。Peter和Ranson利用数字图像技术测量表面位移分量。他们利用电视摄像机记录被测物体加载前后的激光散斑图,经过数转化,将图像存储在一个PDP-8/E微机中,然后,通过相关加载前后的两幅图像,即相关系数的极值来实现物体的表面变形测量。Vikrant Tiwari等用数字图像相关方法研究了爆炸过程中的全场变形。Sutton教授则是最早从事该方法的研究人员之一,经过他和合作者的努力,目前已经实现了DIC方法软件的商业化,极大程度上推动了DIC方法的发展。数字图像相关方法自从被提出以来,不仅在理论和算法上得到了循序渐进的改进和完善,并且在力学研究的诸多方面,如不同实验条件下材料力学性能的测试、微尺度变形场测量、电子封装、断裂力学、生物力学、岩石力学、微纳米力学等众多领域得到了很多相当成功的应用。这种方法现在被认为是实验力学中一种十分重要的测试方法。目前,国内研究人员发现非均质岩体等材料本身表面的细观形貌存在较好的灰度差异,可以作为DIC方法的自然散斑图。DIC方法也适用于高温场的测量,在一些特殊的全变形场合中引入数字图像相关方法。例如将DIC在焊缝材料力学性能测试中的应用、在混凝土楔入劈拉破坏的研究中应用,以及基于DIC的建筑结构的监测和检测等工程类问题。目前,除了少数几个问题还没有被充分认识和彻底解决外,二维数字图像相关方法已相当成熟,能很出色地完成各种高精度的变形测量任务,在多个研究领域得到了广泛的应用。
3 数字图像相关方法测试原理 数字图像相关方法是通过处理不同状态下被测物体表面的两幅数字图像直接获得需求像素点的位移信息,利用变形前后图像上的散斑灰度特征,在变形前后图像上建立起对应关系,然后根据这种对应关系,寻找变形前后图像上的对应点,从而得到其位移值。其中,变形前的图像称为参考图像;变形后的图像称为目标图像。基本原理示意图如下1-1所示: 图1-1 二维数字图像相关方法的基本原理 数字图像相关方法的基本原理是在参考图像中取某待求像素点P(x0,y0)为中心的(2M+1)像素×(2M+1)像素大小的正方形参考图像子区,在变形后图像中通过一定的搜索方法按预先定义的相关函数来进行相关计算寻找与参考图像子区的互相关系数为最大值或最小值的以P`( x0`,y0`)为中心的目标图像子区以确定P(x0,y0)点在x,y方向的位移分量u,v,而且该点附近的光强分布却和变形前只有很小的差异。为求解某点的面内位移,从而得到被测物体表面的全场位移信息,可以在变形后的图中寻找与变形前的图中该点及其附近点的光强分布最接近的光强分布。当子区域在某处的相似程度最大时,即可以认为此处就是选定子区域的变形后的位置。相似程度的大小作用相关性系数C表示,可以写成如下形式:
其中,F1,F2是变形前图像中点P(x,y)附近的一个子区域的灰度矩阵和变形后图像中点P`(x0`,y0`)附近的一个子区域的灰度矩阵。符号<>表示矩阵元素的平均值。这里,C=1时,两个子区域完全相关:C=0时,表示两个子区域毫无相关。在利用DIC方法进行计算时通常将参考图像中有需求的待计算区域划分成虚拟网格形式,通过计算每个网格节点的位移得到全场位移。 从上图可以看到,一般情况下目标图像子区相对于参考图像子区不但其中心位置发生了平移,而且其形状也产生了变化。假如离面位移很小甚至可以忽略,
(3-1) 在采用一阶形函数的情况下,此时参考图像子区中的某点Q(x,y)与目标图像子区中的对应点Q`(x`,y`)有一一对应的函数关系,即
式中,x和y为点(x,y)到参考图像子区中心P(x0,y0)的距离,u和v是参考图像子区中心在x和y方向上的位移;ux、uy和vx、vy为图像子区的位移梯度。数字图像相关方法中,为了能求得最大的相关系数C,u,v,ux,uy,vx,vy这6个量必须反复计算。由此可见,数字图像相关方法中,相关运算算法是关键。计算的方法一般有相关迭代和搜索,具体实现时,一般分整像素搜索和亚像素搜索两部分进行。前者对于精度要求不高,只需要精确到一个像素即可,整像素搜索的技术重点是能够在较大的区域内,进行快速的定位;亚像素搜索时,则主要考虑计算的精确性,对速度的要求不高,主要的算法有曲面拟合插值法、坐标轮换法、拟牛顿方法、相关系数梯度法等,这些算法的共同点是寻找相关系数的极值。 目前,数字图像相关方法的算法基本上都是围绕求解相关系数极值进行分析的,为了得到被测物体表面的全场变形信息,在利用该方法进行计算时通常将参与图像中感兴趣的待计算区域划分为虚拟网格形式,通过计算每个网格节点的位移得到全场变形的信息。通过二维数字图像相关方法所得到的原始数据为位移值,接着通过计算可以得到位移场速度场合应变场等更多的数据。应用数字图像相关方法要选择合适的子区域尺寸。倘若子区域选取得过大,则求得的结果不能准确反映应变分布情况,而子区域选的过小,则会影响其相关稳定性。 二维数字图像相关方法的最大局限是只能测量平面物体的面内位移,也就是说被测物体应是一个平面或近似为一个平面,被测物体变形主要发生在面内,离面的位移分量非常小,同时要求摄像机靶面与被测平面物体表面平行,并且成像系统畸变可以忽略不计,此外,二维数字图像方法对被测物体、被测物体的变形状态以及光路布置也都提出要求。由于相对较小的离面位移通常会导致成像系统放大倍数的改变,从而引起显著的面内位移测量误差,因此sutton等建议数字图像相关方法的摄像系统应该使用长焦距镜头。实际的光路布置中CCD靶面与被
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