数字图像相关测量方法及试验研究

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1、万方数据学校代号：10536学号：11102030227密级：公开长沙理工大学硕士学位论文数字图像相关测量方法及试验研究学位申请人姓名岱垄指导教师筮]塑塾拯所在学院±丕皇建筮堂暄专业名称结捡王猩论文提交日期2Q!垒生垒目论文答辩日期2Q!垒生§目答辩委员会主席舒送壬熬拯万方数据DigitalImageCorrelationMethodandItsExperimentalStudybyDaiKunAthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinStruc

2、turalEngineering1nChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisorProfessorXuFeihongMay,2014万方数据长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：／《式呻日期：矽‘悔j月刁日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保

3、留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密一。(请在以上相应方框内打“4”)作者签名：形专呻日期：加胂年s月刁日导师签名：舳卜易日期：沙l牛年g月叼日万方数据摘要数字图像相关方法是一种高精度的非接触式全场测量方法，已经在结构

4、变形测量研究中得到了推广应用。结合土木工程结构变形测量的特点，本文从数字图像相关方法研究热点中的计算精度、速度及稳定性等关键问题着手，首先提出了一种新的相关系数曲面拟合法一一两步曲面拟合法，改进了亚像素位移测量算法的计算精度和稳定性；然后将新方法应用于复杂应变场测量实验研究中，验证了本文“两步曲面拟合法”的可行性。首先，介绍和总结了数字图像相关方法的研究现状、基本原理及相关概念。在整像素搜索算法中介绍了常见的十字搜索法与三步搜索法。在位移场测量方法中通过引入预测位移搜索算法，提高了位移场的计算效率。然后介绍了应变场测量方法及模拟散斑图的制作技术。其次，比较了常规的曲面拟合法、梯度

5、法及Newton．Rapshon法的计算误差。其中对曲面拟合法比较了二元二次曲面拟合、二元三次曲面拟合及高斯曲面拟合的计算精度，并进一步分析和比较了二元二次与二元三次曲面拟合在其相关系数取对数后的改进效果。然后比较了三种不同梯度算子时梯度法的计算精度。最后比较了取对数的三次曲面拟合法、梯度法及Newton．Rapshon法的计算精度、计算效率及抗噪声能力，总结了各算法的性能及特点。然后，提出了一种新的相关系数曲面拟合法一一两步曲面拟合法。讨论了两步曲面拟合法中影响其计算精度的各项因素，并分析得出各因素的最优选择。比较了两步拟合法与Newton．Rapshon法的计算误差，得出两步

6、拟合法的计算精度较优。然后通过引入插值区域预存储的技术提升了两步拟合法的计算速度。最后与梯度法进行抗噪声能力的比较，得出两步拟合法的抗噪声能力更强。最后，编写了基于matlab的数字图像相关计算软件；并通过平移测量和单向拉应力拉伸两组实验结果，验证了基于本文“两步曲面拟合法”等工作得到的数字图像相关方法计算结果的可靠性。关键词：数字图像相关方法；亚像素搜索；曲面拟合；变形测量万方数据ABSTRACTDigitalimagecorrelationmethodasanewtypeofopticalmeasurementtechnology,hasachievedrapiddevelo

7、pmentwithadvantagesofhighprecisionandfullmeasurementandnon．contactinresearchfieldofstructuraldeformationmeasurement．Combiningwiththecharacteristicsofcivilengineering，thispaperbeginwithkeyissuesofcalculationaccuracyandcomputationspeedandstabil