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(chǎng)光學(xué)測(cè)量方法。它結(jié)合了數(shù)字圖像相關(guān)法和計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理，可以準(zhǔn)確測(cè)量物體表面的三維形貌和變形。相比于實(shí)驗(yàn)力學(xué)其他幾種基于干涉原理的光測(cè)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(shì)，如白光光源，無(wú)需隔振，量程大等等。
　　本文從四個(gè)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(jī)標(biāo)定、圖像匹配、三維應(yīng)變計(jì)算。對(duì)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(gè)方面闡述

2、了在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中圖像采集應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)于相機(jī)標(biāo)定關(guān)鍵技術(shù)，首先介紹了針孔相機(jī)的成像模型，并通過(guò)模型建立了物理三維空間中點(diǎn)與相機(jī)成像平面上點(diǎn)的位置聯(lián)系。然后，詳盡的闡述了相機(jī)標(biāo)定的具體實(shí)現(xiàn)步驟，包括(1)單相機(jī)參數(shù)初值估計(jì);(2)單相機(jī)參數(shù)迭代優(yōu)化;(3)三維重建與雙相機(jī)標(biāo)定。對(duì)于三維應(yīng)變的計(jì)算方法，介紹了通過(guò)建立局部坐標(biāo)系，擬合位移場(chǎng)函數(shù)計(jì)算得到應(yīng)變張量的方法。
　　對(duì)于圖像匹配關(guān)鍵技術(shù)，主要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究:(1)

3、子區(qū)匹配對(duì)被測(cè)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(zhǔn)則;(5)幾種初值估計(jì)和全場(chǎng)匹配的方法以及對(duì)它們的改進(jìn);(6)圖像插值的原理及其具體實(shí)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(píng)估方法;(8)對(duì)處于計(jì)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(guò)程，通過(guò)模擬散斑實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)證明了該算法具有二階精度和較高的計(jì)算效率。
　　最后，本文通過(guò)若干個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步將三維數(shù)字圖像相關(guān)法應(yīng)用到工程實(shí)際中，以解決各種載荷下的構(gòu)件變形測(cè)量問(wèn)題。首先將該方法應(yīng)用于Port