基于DIC的变形测量算法研究及动态链接库设计

摘要

科技部国家支撑项目《材料微纳结构机械力学性能测量技术的研究》面向纳米材料研究力学性能测试的关键科学问题，其中主要研究内容之一是材料变形与应变的测量。论文选题来自于该项目，研究基于数字相关技术的材料变形测量算法以及动态链接库设计。
　　数字图像相关技术(Digital Image Correlation, DIC)已经成为现代光测力学领域的一种重要的测试手段，尽管算法研究相对比较成熟，但是未见面向材料变形测量算法的完整封装。选题研究的目的就是通过比较选择精确性和时效性较好的算法，设计一个动态链接库软件模块，为实现材料的变形和应变测量提供一个便捷的测量工具。研究对促进基于DIC的材料变形和应变测量的科学研究以及仪器的商用化具有一定的科学意义。
　　论文主要研究工作有:
　　1.首先研究了数字相关算法的数学模型，基于对不同数学模型灵敏度的比较选择协方差相关函数作为测量的主要算法;通过考察搜索效率采用爬山法算法作为搜索算法;研究了亚像素搜索法以提高测量精度;对摄像机标定的原理和算法进行了研究，这些理论研究工作为软件开发奠定了基础。
　　2.基于VC++6.0和OpenCV，开发了基于DIC变形测量的动态链接库，实现了摄像机标定功能、实现了祛畸变后的像素当量标定功能和数字相关算法变形测量功能的封装，通过开发变形测量应用软件的调用证明动态链接库模块运行可靠。
　　3.基于构建的材料变形测量系统，使用开发的变形测量动态链接库进行了摄像机标定实验、试件刚性移动测量试验和材料拉伸测量试验，获得了摄像机内部参数，获取了像素当量，获得了与拉伸机变形示值相近的测量结果。论文还分析了影响测量精度的因素以及改进措施。
　　论文基本完成了选题要求的研究工作。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 国内外研究现状及应用

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究的主要内容

1．4 本章小结

第2章 数字图像相关方法

2．1 数字图像相关测量系统

2．2 数字图像相关方法的基本原理

2．2．1 位移映射函数

2．2．2 数字图像相关函数

2．2．3 整像素相关搜索及分析

2．3 亚像素位移测量算法

2．3．1 亚像素灰度重建

2．3．2 亚像素相关函数极值搜索方法及分析

2．4 本章小结

第3章 摄像机模型与标定

3．1 摄摄像机模型

3．1．1 理想透视模型

3．1．2 实际成像模型

3．2 摄像机标定的实现

3．2．1 摄像机标定方法的选择

3．2．2 摄像机参数的计算

3．3 本章小结

第4章 面向变形测量的动态链接库程序设计

4．1 动态链接库设计

4．1．1 动态链接库的特点及应用

4．1．2 面向测量变形的动态链接库模块的设计

4．2 模块主要功能实现

4．2．1 基于OpenCV的摄像机标定

4．2．2 像素当量标定的实现

4．2．3 数字图像相关算法

4．3 本章小结

第5章 实验及误差分析

5．1 实验设计

5．1．1 实验系统

5．1．2 摄像机标定实验

5．1．3 材料形变实验

5．2 实验误差分析及减小措施

5．2．1 实验误差分析

5．3．1 减小误差分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文