数字图像相关技术介绍

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1、数字图像相关（DIC）技术简介2015.12.30数字图像处理技术的发展和DIC技术的产生DIC技术中相关图像分析方法DIC技术在岩土力学研究中的应用实例基于MATLAB的图像处理方法简介1.数字图像技术的发展数字图像处理技术：是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期，早期的图像处理的目的是改善图像的质量。例：美国喷气推进实验室首次成功应用其对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的照片进行处理，绘制出了月球表面地图。1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机

2、断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT。CT的基该方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。伴随着计算机技术的发展，数字图像处理技术在国内外发展十分迅速，在航空航天、生物医学、通信工程、测绘工程、军事公安、视屏和多媒体等方面都有广泛的应用。卫星遥感监测卫星遥感测绘指纹识别电子眼测速点DIC技术DIC技术原理：通过对变形前后采集物体表面的两幅图像进行相关处理，进而实现物体变形场的测量。DIC测量装置数字图像相关方法测试系统进行基于数字相关系数的图像匹配计算图片上像素点的位移量利用标定像素当量的结果得到实际变形量读取试验对象变形前后的图像对读取到的照片进行去畸

3、变处理数字图像相关算法流程图数字图像相关算法DIC技术绝对差相关函数介绍以两像素块各像素点灰度差的绝对值总和为最小作为相关性判别，是一种简便快速的方法。匹配过程在变形前图像上，以点为中心作一长宽为（2k+1）个像素的像素块Block-i,u(x,y)是任一点颜色值。在变形图像上指定的搜索范围内，检查任一点是否为的对应点，同样以为中心作一长宽为（2k+1）个像素的像素块Block-d,v(x,y)是任一点颜色值。根据计算公式计算相关系数，在搜索范围内最大对应的点即是在变形后的图像上的对应点。成像原理摄像机的成像原理就是透镜成像原理，摄摄像机的成像涉及到三个坐标系分别为摄像机坐标系、图像坐

4、标系、像素坐标系。摄像机的成像过程就是这个三个坐标系的一系列转换。摄像机坐标系的坐标原点是摄像机的光心，用表示其坐标值。图像坐标系的坐标原点则为CCD图像平面的中心,坐标值用(x,y)表示。像素坐标系的原点定义为CCD图像平面的左上角顶点,坐标值用(u,v)表示。图像坐标系与像素坐标系的转换uvxy图像坐标系与像素坐标系的关系图其中，dx和dy分别是每个像素在图像平面上x与y方向上的物理尺寸。图像坐标系与摄像机坐标系间的转换其中，f是焦距也就是像平面与摄像机坐标系原点间的距离。DIC技术优点非接触测量、对测量环境要求低、实现简单、既可以实现全场也可以进行局部变形测量、应用范围广。粒子图

5、像测速技术（PIV）粒子图像测速技术是流体力学的重要实验手段，PIV是一种瞬态流动平面二维流速场测试技术，其基本原理是选择具有良好流动跟随性和光散射性的微小示踪粒子播散于流场中，用激光片光源把被测流场的某一测试平面照明，通过图像采集系统，分别记录下、时刻的流场粒子图像，通过数字图像处理，求出拍摄时间间隔内粒子的位移，即可算出速度场。典型的PIV系统示踪粒子以及待测流场摄像头高功率激光器光路同步装置连接激光器和透镜的光导纤维PIV系统硬件组成STEP1在流场中布撒大量示踪粒子（如固体粒子、液滴或气泡）STEP2使用激光片光源照射流场待测切面STEP3使用CCD记录示踪粒子位置STEP4应

6、用计算机分析图像并计算所测区域内粒子速度STEP5得到流场速度并计算其他参数试验步骤双曝光的图象3D-PIV传统的二维PIV技术只能测量片光面内速度。实际上，许多工艺装置中的流动都是复杂的三维湍流流动。用2D-PIV技术测量可能导致较大的误差，解决这一问题的方法是使用三维测量技术，这也是PIV技术的发展趋势之一。3D-PIV的关键问题是示踪粒子三维图像的获得及其三维坐标的确定。目前获取示踪粒子三维坐标信息的方法有：体视成像法和全息图像法。标定测试区空间尺度确定透视像距体积光照明测试区域采集两组二维PIV图像示踪粒子三维定位同一示踪粒子识别计算示踪粒子速度向量基本试验测试程序DIC技术在

7、岩土力学研究中的应用实例《基于图像相关分析的砂土模型试验变形场测量》李海元朱合华（同济大学）岩土工程学报2004.01摘要:高分辨率数码相机的出现为砂土模型试验变形场非接触量测法的研究开发提供了一条简便经济而且实用的途径,在模型试验观测面上,不再需要布置嵌入式量测标志点或描画网格,直接用数码相机在试验各阶段拍摄照片,然后对照片序列进行图像相关分析,即可得出模型试验的变形场分布。利用图像匹配技术追踪模型上点的位移,借用FEM常用的等参单元的概念进