[发明专利]高温变形非接触测量中气流扰动误差的抑制方法

说明书

本发明提供一种高温变形非接触测量中气流扰动误差的抑制方法，属于测量技术领域。该方法利用高速相机获取材料构件高温变形过程中的数字图像序列，将数字图像序列两两一组计算出材料构件变形过程中的序列位移场；对序列位移场进行小波分解，获得分解后的高频系数矩阵和低频系数矩阵；再对高频系数矩阵置零，低频系数矩阵进行平滑滤波，计算得到全零高频系数矩阵和平滑后的低频系数矩阵；最后利用小波重构获得序列位移场小波平均降噪后的位移场。本发明通过对受气流扰动而含有噪声的位移场进行小波降噪处理得到平滑的位移场，解决了高温环境下气流扰动对数字图像相关等非接触式变形测量的影响，提高了高温环境下非接触式变形测量的精度。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是指一种基于序列位移场小波平均的高温变形非接触测量中气流扰动误差抑制方法。

背景技术

在冶金、电力、航空航天等诸多领域中，高温环境下的应变测量技术是对高温材料结构进行热力学性能评价的关键技术之一。应变测量分为接触式和非接触式两种。因为传统接触式测量方法在进行高温应变测量时，存在应变元件筛选与固连、误差补偿等困难，使得非接触式的高温应变测量技术日益得到重视。电子散斑干涉术和电子错位散斑干涉术因测量精度高，广泛应用于变形测量和无损检测中，但它对高温复杂测量环境敏感。因此，使得越来越多的人研究数字散斑相关方法(Digital Speckle Correlation Method,DSCM)，又称为数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)。它具有实验装置简单，非接触、高精度、高灵敏度等优点，并且能够实现全场测量，已经作为一种光学测量的有效手段应用于实验力学及其它科研领域和各种工程方面。

但高温环境下，非接触式变形测量方法面临诸多困难，其中面临的一个严峻问题是气流扰动对高精度变形测量的影响。气流扰动的产生是由于光束传输路径上空气温度分布不均匀使空气产生自然对流，形成气流场。其本质是空间位置的空气密度分布不均匀，导致光束传输路径上的空气折射率随机变化，使采集到的图像随机抖动，进而导致计算得到的位移场含有随机波动的噪声。

气流场的空间随机性导致图像在热气流影响下的抖动统计规律为围绕某原点位置随机抖动。气流场还具有时间上的随机性，即使是在相同温度下采集的序列图像也表现为以时间为坐标轴的随机抖动，导致数字图像相关方法计算出的位移场围绕理论值随机波动。因此，对含噪位移场进行平滑降噪处理有助于解决气流扰动对光学测量的影响。人们通用的一些降噪方法有中值滤波、均值滤波等方法，而中值滤波属于非线性滤波算法，对脉冲噪声降噪效果明显，但对随机凹凸的大面积的噪声降噪效果却不及均值滤波，均值滤波是用给定的模板对含噪位移进行求均值运算，在某种程度上对位移场进行了平滑，但容易造成位移场失真。学者们也不断研究位移场平滑降噪的新方法，主要是整体平滑方法，基本思想是将含噪声的位移场看成一个整体，利用全局基函数拟合位移场以达到位移场平滑的效果，如：薄板样条平滑方法，最小二乘法和有限元相结合的方法，改进的Hermite有限元平滑方法以及有限元和二维广义交叉算法相结合的方法，这些曲面拟合方法的目的是在平滑位移场的同时使拟合曲面尽可能的去逼近原始位移场，一方面如果是在位移场上表现为随机凹凸的大面积的噪声，并且这些噪声足以掩盖试件的真实位移场，利用上述曲面拟合方法拟合出的光滑位移场不能代表试件的真实变形，另一方面这些平滑降噪方法是在单个位移场上进行的，不能解决气流场的时间随机性对位移场的影响，难以保证计算应变值的准确性。因此，为了寻找既能解决气流场的空间随机性对位移场的影响，又能解决时间随机性对位移场的影响，本发明提出序列位移场小波平均的方法对位移场进行平滑降噪处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于序列位移场小波平均的高温变形非接触测量中气流扰动误差的抑制方法，该方法可消除高温环境下气流扰动对变形测量的影响，提高非接触式变形测量精度。

该方法包括步骤如下：

S1：搭建非接触式变形测量系统：