基于相关系数加权拟合求解亚像素位移数字图像相关算法研究

摘要

实验力学是力学的重要组成部分。光测力学具有全场、高精度、非接触等优点，现已发展为实验力学研究领域的重要工具。其中数字图像相关方法是近些年来发展起来的最活跃，最有生命力和应用最广泛的光测方法。其已经获得了许多成功的应用，具有广阔的应用前景。
　　虽然目前的数字图像相关算法能取得较高的计算精度，但通常存在计算量较大、计算时间较长的问题。目前算法通常是利用空间相关性进行求解，本质上是利用变形在空间上的连续性特性。事实上，变形还具有时间上的连续性。本文提出了一种将空间相关和时间相关相结合进行亚像素位移求解的数字图像相关方法。
　　主要的研究成果如下:(1)基于种子点的快速整像素位移搜索算法用来计算整像素位移，实验结果表明可以大幅度提高计算效率。(2)首次基于相关系数确定权函数进行移动最小二乘拟合求解亚像素位移，是时间序列数字图像相关算法的改进和发展。实验结果表明采用此算法对于减小计算误差，提高计算精度是有效的。拟合求解过程采用移动最小二乘算法，有效利用了局部特征，可以利用相对简单的基函数拟合求解复杂的变形并能获得较高的计算精度，说明了该算法具有更高的灵活性和适应性。(3)通过对比分析实验结果，获得该算法的计算精度和计算效率。计算结果的平均误差在0.03像素左右，标准误差在0.06像素左右。结果表明本文算法相对于等计算精度NR算法具有更高的计算效率。相对于整个计算过程，计算效率至少提高了4.2倍，最多的提高了15.3倍，并且计算子区越大提升效果越明显。在亚像素位移计算阶段计算效率提升更加明显，计算效率提升了28.8到253.8倍，两个实验的计算速度均可达到13000(点/秒)以上。(4)实验散斑图不同于传统的模拟散斑图，而是采用实验拍摄的散斑图施加上不同实验的变形结果而生成的，由于散斑是实际喷涂生成的，具有很好的随机性，并且散斑大小也是不同的，增多了图像特征，因此具有更高的相关性。

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 研究现状及应用

1．3 本文研究内容和章节安排

第2章 二维数字图像相关方法

2．1 测试系统

2．1．1 系统构成

2．1．2 空间分辨率计算

2．2 基本原理

2．3 关键问题

2．3．1 参数选取

2．3．2 整像素位移计算

2．3．3 亚像素位移计算

2．4 本章小结

第3章 基于相关系数加权拟合求解亚像素位移算法

3．1 基于种子点的快速整像素位移搜索算法

3．2 基于相关系数加权的移动最小二乘拟合算法

3．2．1 拟合基函数及参数求解

3．2．2 影响域和影响半径

3．2．3 基于相关系数的权函数

3．3 本章小结

第4章 实验

4．1 低碳钢拉伸实验

4．2 硬铝疲劳拉伸实验

4．3 实验散斑图

4．4 本章小结

第5章 实验结果分析

5．1 计算精度分析

5．1．1 低碳钢拉伸实验计算精度分析

5．1．2 硬铝疲劳拉伸实验计算精度分析

5．2 计算效率分析

5．2．1 低碳钢拉伸实验计算效率分析

5．2．2 硬铝疲劳拉伸实验计算效率分析

5．3 本章小结

第6章 全文总结和工作展望

6．1 全文总结

6．2 论文创新点

6．3 研究工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果