基于dic的非接触式全场应变测量系统设计 - 图文(8)

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两种相关函数仍然具有很好的抗干扰性。这给后续的实际实验提供了一定的参考。首先要控制变形前后的光强变化，其次要选择抗干扰性能较好的相关函数来进行位移的计算，以提高计算的精度。

3.3.本章小结

本章介绍了模拟散斑图的算法原理，通过改变模拟散斑图像不同的参数研究了计算窗口大小、相关函数、散斑颗粒大小和数量对测量精度和计算效率的影响，得出了不同要求下可选择的计算方法和最佳计算窗口大小。结果可以归纳为以下几点：

（1）随着窗口的增加，位移计算的精度越高，但是相应所耗费的时间也更长。而当子区大小超过41 × 41pixels 时，位移搜索的速度明显减慢，位移搜索的精度却没有显著的提高。亚像素位移计算的标准差整体上是随着子区的增加而不断地减小的。综合考虑计算精度和计算时间一般计算子区可折中取31×31-51×51pixels。

（2）散斑颗粒大小对计算结果有较明显的影响，随着散斑颗粒的增大，仿真图中散斑颗粒越来越少，进行特征的相关匹配和位移计算也越困难。综合考虑，3~5 像素平均大小散斑颗粒的计算结果最理想。

（3）无论是计算区域各点亚像素位移均值还是各点亚像素位移标准差，散斑颗粒数量的变化对计算结果的影响很小。

（4）从上述两表中看出当光强变化不大时几种相关函数都能够抗干扰，而当光强变化较大时，NCC和NSSD的抗干扰性能较差，ZNCC和ZNSSD 这两种相关函数仍然具有很好的抗干扰性。这给后续的实际实验提供了一定的参考，首先要控制变形前后的光强变化，其次要选择抗干扰性能较好的相关函数来进行位移的计算，以提高计算的精度。

研究结果表明，为了获得更高的测量精度，需要选择合适的计算窗口，适中的散斑大小，最佳的相关函数。

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第4章 数字图像相关变形测量实验研究及误差析

第4章 数字图像相关变形测量实验研究及误差析

通过前面两章对数字图像相关方法的基本理论和基于仿真散斑图的变形测量研究，初步实现了这种变形测量方法的使用。为了更好地检验这种方法的有效性需要从实际实验角度对数字图像相关方法变形测量进行探索和研究。

4.1 随机散斑生成

为了提高相关搜索的计算精度和速度，需要在被测物体表面生成随机分布的、黑白相间的散斑。这些散斑可以是物体表面的自然纹理、晶粒等自然散斑，也可以是人工制作的斑点。当相机（如扫描电镜）放大倍数非常大时，物体表面的自然纹理、晶粒就可以用来进行数字图像相关的识别。所谓人工散斑是针对光滑和单颜色的试件表面，需要通过人工的方法来改变它的表面反射变化，获取不规则的灰度斑点。在一般的宏、微观情况下，为了保证得到较高的相关系数从而提高数字图像相关方法的精确度，在试件表面制作人工散斑是很有必要的。制斑技术在数字图像相关测试过程中是比较重要的一个环节，它的处理的好坏对测试结果有很大的影响。

人工散斑的制作过程首先是把被测试件表面抛光打毛，形成精细结构。再在试件表面喷涂玻璃微珠漆，当用与摄像机同轴方向的光进行照明时，能够形成很好的反差。本文采用在试件表面先喷涂白色斑点，然后再在上面喷涂黑色斑点，之后反复将黑白两种颜色的漆喷涂到试件表面，后一次喷涂的斑点可以落在前一次所喷的较大的斑点上面，这样有利于形成较高质量的散斑场。采用这种方法，斑点的大小可以通过调整喷头与试件间的距离来调节。一般情况，喷头离试件的距离要远一些，通过电吹风将细小的雾状油漆吹到试件表面可以得到更为理想的散斑图。

评价人工散斑质量的主要指标有散斑大小和灰度对比程度。实际实验中要探索一种合适的随机散斑方案，使生成的散斑既满足相机的分辨率要求采集到高质量的数字散斑图像，又要使其对于相关运算中的统计相关系数敏感，以获得高精度的结果。一般来说，小几何尺寸、高对比度的散斑图更有

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利于相关计算精度的提高，如果图像中存在大的斑点，则不利于相关计算精度的提高。

4.2 单向拉伸试验

材料的力学性能是指材料在外力作用下表面出现的变形、破坏等方面的特性。主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。通过拉伸与压缩实验，可以测得材料在轴向载荷下从开始受力到最后破坏的全过程中应力和变形之间的关系曲线，称为应力-应变曲线。在拉伸实验中最为典型的力学性能如图 4-3 所示。根据单向拉伸实验，低碳钢的力学性能大致分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、断裂。

?b e--弹性极限点 s—屈服点 b—极限载荷点 k—断裂点 k 其中材料屈服表现为明显的塑性变形，而零件的塑性变形将影响机器的正常工作，所以屈服极限点s是衡量材料强度的重要指标。通常塑性材料制成的构件，在拉断之前已经出现了变形，不是原来的形状和尺寸，这时就不能正常工作。所以，检测出元件是否变形有着重要的意义。

试件表面用黑色和白色喷漆形成随机散斑，如图4-2所示。

s e ? 图4-1典型应力应变曲线 图4-2经喷漆处理后的试件表面图像

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第4章 数字图像相关变形测量实验研究及误差析

??140MPa铝合金材料的试件，材料的弹性模量E?72GPa，弹性极限p，

弹性范围内的应力与应变关系存在如下关系：

F??P?A?E?? (4-1) 其中A是试件的截面面积，?是与拉力相对应的应变值。本文所采用的铝合金的材料在弹性范围内所能承受的最大拉力为1680N,在弹性范围内，100N所产生的应变值为115.7?10-6。

4.3 实验数据处理

对于采集到的图像，利用数字图像相关软件进行计算处理，计算出来的结果与应变仪或引伸计记录值对比便是这种数字图像相关方法的相对计算精度。如第二章所述，数字图像相关方法的计算结果与多方面的因素有关，如相关函数、亚像素位移计算方法、散斑颗粒大小等。根据第三章对模拟散斑图的分析，选择41×41pixels 大小子区，ZNSSD相关函数来进行相关计算。

第一组实验采用引伸计记录试件在拉伸过程中所产生的位移值，利用试件的拉伸量与试件的原长的比值来计算得到试件的应变值，它们和数字图像相关方法计算出来的结果的对比如表4-1所示。

图4-3 铝合金材料拉伸引伸计记录值与数字图像相关方法计算值的对比

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第二组实验采用在试件背面贴上应变片，利用应变仪读取试件在拉伸过程中应变值。应变仪读取应变值与数字图像相关方法计算应变值对比情况如图 4-4 所示。

图4-4 铝合金材料拉伸应变仪记录应变值与数字图像相关方法计算的对比

从图4-4 中可以看出引伸计记录的位移和应变值与数字图相关方法计算出来的值存在一定的差异。从4-3和图4-4中可以看出，随着加载力的线性增加，应变仪记录的应变值基本是呈线性关系增加，但是数字图像相关方法计算得出的应变值整体趋势是增加，但是在每个静态加载力点得到的应变值和应变仪的读数还是存在一定的误差，这可能与实验条件中的干扰有关，需要从实验影响因素的角度来分析各因素对采集图像质量和最终计算精度的影响。

4.4 实验影响因素分析

第三章对仿真模拟散斑图进行相关计算可以看出数字图像相关方法的计算精度很高，但是实际实验过程中还 …… 此处隐藏：1640字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……