一种新的优化算法及其在相关计算和相位提取中的应用

摘要

电子散斑干涉(ESPI)和数字图像散斑相关方法(DSCM)都是非接触式的全场测试技术，这两种技术开辟了光测技术应用的新前景、新领域，它们突破了以前光测技术应用的局限性，如：与全息技术相比，ESPI尤其DSCM对测试现场的条件要求不高。这两种技术在新材料研究、电子元器件与工程结构件的力学性能试验、部件的振动测试及无损热检测等方面已经得到了广泛的应用。在电子散斑干涉测量技术中急待解决的关键技术是电子散斑干涉法的相位提取。在数字图像散斑相关法中探索一种新的稳定性好，计算速度快，精度高的相关方法是其关键。本文基于一种新的全局优化算法，对电子散斑干涉和数字图像散斑相关法中的关键技术开展深入的研究。 这种新的优化算法是借鉴了蚁群算法的原理而开发出的一种全局搜索算法。蚁群算法是一种仿生模拟算法，它的基本思想是对蚁群觅食过程的模拟。蚂蚁在觅食的过程中会在其经过的路径上释放一定的信息素来引导其他蚂蚁的觅食行为，同时信息素也会在觅食过程中逐渐挥发。正是对这种正反馈机制的模拟使得蚁群算法能够有效的得到全局最优解。本文提出的新的优化算法是作者受到蚁群算法的启发后而开发出来的算法，该算法保留了蚁群算法的优势，具备计算结果稳定，精度高等优点。 在本文中引入了一种新的单步相移法提取电子散斑干涉相位，将相位提取转换成为一个函数优化问题，并采用新的优化方法加以求解，从而只需要三幅电子散斑干涉图就可以得到相位的分布。在模拟实验中，通过新的优化算法与遗传算法的对比，分析了新的优化算法应用于提取电子散斑干涉相位的计算精度。然后，将新的优化算法应用于数字图像散斑相关计算中，并与传统的优化算法--牛顿-拉斐逊迭代法进行了对比分析。其中在模拟图像的相关计算中进行刚体位移、刚体旋转这两种情况的计算，并对计算结果进行了误差对比分析。同时，对这两种优化算法应用于实验图像相关计算的计算结果进行了对比分析。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1电子散斑干涉相位提取法的概述

1.2数字图像散斑相关法的概述

1.3本文的主要工作

第二章新的优化算法的基本原理

2.1新的优化算法的基本思想

2.2新的优化算法的具体步骤与程序执行流程图

2.3新的优化算法的应用实例

第三章新的优化算法在电子散斑干涉相位提取中的应用

3.1电子散斑干涉的基本原理

3.1.1减模式

3.1.2加模式

3.2电子散斑干涉相位提取的新的单步相移法

3.3基于新的优化算法实现电子散斑干涉相位的提取

3.3.1电子散斑干涉相位分布为多项式时的模拟

3.3.2电子散斑干涉相位分布为其他形式时的模拟

第四章新的优化算法在数字图像散斑相关法中的应用

4.1数字图像散斑相关法的基本原理及其相关的准备

4.2基于新的优化算法实现数字图像散斑相关法

4.2.1新的算法在模拟图像中的应用

4.2.2新的优化算法在实验图像中的应用

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢