三維數(shù)字圖像相關(guān)法的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、三維數(shù)字圖像相關(guān)法是一種高效的非接觸式的全場光學(xué)測量方法。它結(jié)合了數(shù)字圖像相關(guān)法和計算機視覺原理，可以準確測量物體表面的三維形貌和變形。相比于實驗力學(xué)其他幾種基于干涉原理的光測方法（如散斑干涉法、云紋法和全息干涉法等），它具有諸多優(yōu)勢，如白光光源，無需隔振，量程大等等。
　　本文從四個方面研究了三維數(shù)字圖像相關(guān)法的關(guān)鍵技術(shù):圖像采集、相機標定、圖像匹配、三維應(yīng)變計算。對于圖像采集關(guān)鍵技術(shù)，首先研制了采集硬件系統(tǒng)，然后從幾個方面闡述

2、了在實際實驗中圖像采集應(yīng)注意的問題。對于相機標定關(guān)鍵技術(shù)，首先介紹了針孔相機的成像模型，并通過模型建立了物理三維空間中點與相機成像平面上點的位置聯(lián)系。然后，詳盡的闡述了相機標定的具體實現(xiàn)步驟，包括(1)單相機參數(shù)初值估計;(2)單相機參數(shù)迭代優(yōu)化;(3)三維重建與雙相機標定。對于三維應(yīng)變的計算方法，介紹了通過建立局部坐標系，擬合位移場函數(shù)計算得到應(yīng)變張量的方法。
　　對于圖像匹配關(guān)鍵技術(shù)，主要通過以下幾個方面進行了深入研究:(1)

3、子區(qū)匹配對被測物的要求;(2)幾種相關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)形式及其適用條件;(3)子區(qū)形函數(shù)的概念及其零階、一階和二階數(shù)學(xué)形式;(4)基于空域迭代的亞像素匹配算法，包括優(yōu)化方法（Gauss-Newton法和Levenberg-Marquardt法）、匹配策略（正向增量型、正向組合型和反向組合型）和迭代收斂準則;(5)幾種初值估計和全場匹配的方法以及對它們的改進;(6)圖像插值的原理及其具體實現(xiàn)方法;(7)模擬散斑的基本概念、變形施加方法及匹配精度

4、評估方法;(8)對處于計算區(qū)域邊界、非規(guī)則形狀子區(qū)的處理方法;(9)在圖像發(fā)生較大變形情況下的增量圖像相關(guān)方法。(10)提出了一種基于二階形函數(shù)的反向組合型Gauss-Newton算法IC-GN2，闡述了該算法的迭代過程，通過模擬散斑實驗和真實實驗證明了該算法具有二階精度和較高的計算效率。
　　最后，本文通過若干個具體的實驗，進一步將三維數(shù)字圖像相關(guān)法應(yīng)用到工程實際中，以解決各種載荷下的構(gòu)件變形測量問題。首先將該方法應(yīng)用于Port