用于变形和形貌测量的数字图像相关方法:研究进展及应用实例

【作者】 潘兵； 谢惠民； 戴福隆；

【机构】 清华大学航天航空学院工程力学系；

【摘要】 数字图像相关方法是一种基于数字图像处理和数值计算的先进的变形测量方法。经过近三十年的研究和发展,数字图像相关方法已从最初的仅可用于物体表面的二维变形测量发展到现在可用于物体表面的三维变形和形貌测量甚至物体内部的三维变形测量。由于数字图像相关方法具有一些其它光学测量方法不可比拟的优势,因此在实验力学领域和工程实际中获得了广泛关注和众多应用。本文对用于平面物体表面面内变形测量的二维数字图像相关方法、用于平面或曲面物体表面三维变形和形貌测量的三维数字图像相关方法和用于平面或曲面物体表面形貌和离面变形测量的投影散斑相关方法近年来所取得的研究进展进行了详细介绍。内容涵盖了本课题组近年来所取得的一系列研究成果,如:(1)基于可靠性导向的搜索算法;(2)适用于大变形和刚体转动的变形初值估计方法;(3)亚像素位移测量算法性能的研究;(4)普遍适用的基于空间灰度梯度的亚像素位移测量算法;(4)散斑图质量评价及图像子区的选择依据;(5)镜头成像畸变的估计和校正;(6)基于位移场逐点最小二乘的应变估计算法;(7)高精度三维数字图像相关方法;(8)高精度投影散斑相关方法等等。本文还展示了关于二维、三维数字图像相关方法和投影散斑相关方法几个具有代表性的应用实例。这些应用包括:(1)用二维数字图像相关方法测量含裂纹试样的全场变形;(2)用三维数字图像相关方法测量卫星天线表面形貌和复合材料薄膜在鼓膜实验中的三维变形;(3)用投影散斑相关方法测量人手的三维形貌。更多还原