[发明专利]一种在数字图像相关法中应变场子区动态选择方法

说明书

一种在数字图像相关法中应变场子区动态选择方法，提出基于位移场局部梯度强度的评价参数，用于描述局部非均匀变形的强度。通过权衡位移场噪声强度和局部非均匀变形强度，在非均匀变形梯度强度较小的地方，选择较大的应变计算子区，从而有效抑制位移场噪声；而在非均匀变形梯度强度较大的地方，选择较小的应变计算子区，从而保留局部变形特征。实现应变场计算子区大小的动态选择，使得有效抑制噪声的同时最大程度保留局部变形特征。本发明中基于位移场自身特征的子区大小动态选择过程与传统基于散斑灰度梯度信息的位移场计算子区大小动态选择过程不同，可以有效提高数字图像相关法在非均匀变形中应变场的测量精度。

技术领域

本发明属于数字图像处理领域，具体涉及一种在数字图像相关法中应变场子区动态选择方法。

背景技术

数字图像相关法(Digital Image Correlation，DIC)以数字图像处理技术为基础，是先进的一种现代光测力学方法，属于实验力学的前沿范畴。随着近年来工业相机制造技术和计算机处理性能的不断提升，DIC技术以其非接触式、自然光源、全场测量等优势特点，逐步在众多测试领域得到应用与实践。它除了应用在传统结构与材料力学性能测试外，在微纳电子系统、生物力学等领域具备了前所未有的解决问题能力。

影响测量精度的诸多因素被分为两类，一类是环境噪声，如相机噪声、环境光源波动、环境振动等；二类是算法误差，主要有位移场计算误差、应变场计算误差等。本发明提出一种应变场计算子区动态选择方法，用于优化应变计算过程，尤其在大位移梯度情况下效果更为明显。

传统DIC应变子区设置为固定值，即全图所有节点的应变计算采用相同的子区大小。这一设置在非均匀变形区域的计算是欠妥的。如裂纹近场应变计算过程中，裂纹近场的位移梯度极大，而随着与裂尖距离增加，位移梯度迅速下降。如果采用统一大小应变子区计算应变场，是十分不合理的。传统做法是将全局的子区设置为接近计算下限值，从而有效计算裂尖近场数据，然而这样又损失了距离裂纹尖端较远区域的应变计算精度。据此本发明提出一种基于位移梯度的数字图像相关应变场子区大小动态选择方法，用于改善DIC应变计算精度。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种在数字图像相关法中应变场子区动态选择方法，着重改善在非均匀变形测量中DIC应变计算精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种在数字图像相关法中应变场子区动态选择方法，其特征在于，包括：

在加载测试前首先采集若干静态图像，用于评价系统静态噪声与位移场跟踪精度，将系统静态的位移场跟踪精度等效为应变计算子区大小选择的上限值；

根据相关函数求解得到的亚像素精度位移场，提出局部变形梯度强度评价参数，用于描述局部非均匀变形的强度；

根据局部变形梯度强度不同程度地调低应变计算子区大小，实现动态选择过程，同时保留更为真实的局部变形特征。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，为权衡位移场噪声抑制效果与局部变形特征的描述能力，在非均匀变形梯度强度较小的地方，选择较大的应变计算子区，从而有效抑制位移场噪声；而在非均匀变形梯度强度较大的地方，选择较小的应变计算子区，从而保留局部变形特征。

进一步地，具体步骤如下：

1)采集被测件表面变形前和变形后的散斑图像，变形前的散斑图像称为参考图像，变形后的散斑图像称为目标图像；

2)在试验加载前，采集20张以上静态图像，用于评价系统静态噪声与位移场跟踪精度，从而确定应变计算子区大小选择的上限值；

3)在参考图像上划分感兴趣计算分析区域，称为ROI；