基于数字散斑相关方法的亚像素级平面位移测量研究
数字散斑相关方法在材料力学、土木工程及航天航空等领域中应用较为广泛。它主要以光学知识作为理论依据，将力学实验作为验证方法，综合了多门学科技术。数字散斑相关方法经过多年的科学研究与发展，已成为当前工程技术领域中应用最为广泛的光学测量技术之一。各国的学者从传统的计算原理出发，对该方法不断地进行了优化和技术革新，使该方法的性能逐渐得到了完善，在应用的领域上也越来越广泛，处于愈加重要的位置。 如今，计算效率和测量精度是各国学者对数字散斑相关方法研究的主要方向。本次研究主要对这两个问题进行分析和改进，同时研究了数字散斑相关方法在测量物体微位移上的应用。提出了基于三次插值法和梯度法混合的亚像素算法，并融入数字散斑相关法的整个工作过程，然后利用计算机进行模拟实验测试了该方法的性能。 本文针对数字散斑相关方法的固有特点，对其特征进行了系统性的研究。介绍了三种常用的相关系数函数，利用实验发现零均值归一化互相关函数不易受到光强度变化等因素的影响，可靠性和抗干扰能力都高于另外两种计算方法。 在计算效率方面，同时对三种较为常用的整像素位移算法的工作原理进行分析，并对其性能进行比较。三步搜索法通过改变搜索步长，由粗到细，计算效率较高，通过仿真实验，发现三步搜索法具有较好的匹配效果、耗时较短并且容易通过程序实现。故选其作为本次实验的整像素搜索算法。 在测量精度方面，改进后的算法利用三次插值法减少梯度法的测量误差，并通过实验比较了改进的算法与曲面拟合法、三次插值法和基于灰度的梯度法的计算精度、消耗时长及抗干扰能力，比较分析了各算法的性能和优缺点。对比其它三种方法，改进算法的计算精度和抗噪性都较好，计算时间也较为理想，整体性能较优。 最后，利用刚体平移实验对测试该算法在实际应用中的性能，结果表明，该算法的测量精度较高，计算效率也满足应用要求。
数字散斑相关;面内微位移;亚像素搜索算法;三次插值;梯度法
中国计量大学
硕士
控制工程
王桂荣
2021
中文
TP391.4
2022-06-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）