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1、 东南大学SRTP讲座论文 第II页 浅谈我对数字图像相关测量技术优越性的认识年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 年 月 日6论文 摘 要数字图像相关测量技术是现代数字图像处理技术与光测力学结合的产物。它作为一种新型的非接触式光学测量方法，具有独特的优势，已经成为现代光测力学领域引人瞩目的测试方法。数字图像相关方法由于测量精度高和非接触性等特点，可以弥补土木工程中现有测量方法的不足，可以解决土木结构实验中的很多难题。关键词：数字图像相关测量技术； 应用；优越性AbstractDigital image correlation technique (DIC) is the product o
2、f the combination of modern digital image processing technology and photo mechanics. As a new non-contact optical measuring technique, DIC, because its special advantage, has become a very popular measuring method in modern advanced photo mechanicsfield. Digital image correlation can make up for the
3、 deficiency of the existing measurement methods in civil engineering，and also can solve some problems in structural experimentKeywords: Digital image correlation technique; Application; Advantage前 言现在我刚刚开始学习一些专业课，像工程力学、土木工程材料等等。对工程结构的变形情况理解得不是很深，更不清楚怎么测量土木结构的变形，通过做一些简单的力学实验，我只是知道了引伸计和电阻应变计可以测量结构某点处的
4、变形。听了何教授的先进力学测试技术及其在现代工业与工程测量中的应用后，我了解到力学测量技术原来包含广阔的内容，我了解了许多力学测量技术的原理和应用，包括数字图像相关测量技术、剪切散斑干涉测量技术、栅线投影测量技术、全息干涉测量技术等等。其中何教授详细地给我们介绍了数字图像相关测量技术的原理及应用实例，使我对该技术充满了兴趣与好奇。数字图像相关测量技术是现代数字图像处理技术与光测力学结合的产物，它作为一种新型的非接触式光学测量方法，自上世纪八十年代初被提出至今，得到了突飞猛进的发展，并且由于其独特的优势，已经成为现代光测力学领域引人瞩目的测试方法。数字图像相关方法由于测量精度高和非接触性等特点，
5、可以弥补土木工程中现有测量方法的不足，可以解决土木结构实验中的很多难题。本文将列举几个工程实例，说明数字图像相关测量技术的优越性。我将从数字图像相关测量技术的原理、在工程中的应用、优越性、待改进的地方等方面，谈谈我对该技术的认识和理解。正 文1. 数字图像相关测量技术的原理1.1. 工程结构变形的概念工程结构的变形的测量非常重要。变形不仅是工程施工控制、监测及质量评定的重要参数，而且是了解工程结构的工作性能、承载能力和安全程度的重要依据。工程结构都允许有一定的变形但不能影响其正常使用和使结构发生损坏，这就要求能准确的估计和观测到各种移动和变形值，并能判定工程结构的允许变形值。变形测量包含位移、
6、挠度、沉降、转角、裂缝、应变等方面的内容。1.2. 传统测量变形的方法传统的变形测量方法大多是接触式的测量方法，主要是百分表和各种位移传感器，包括应变梁式位移传感器、滑线电阻式位移传感器、差动变压器式位移传感器等，有一定的局限性。因为接触式测量方法的安装都需要固定的基准点或基准梁，对于尺寸较小的结构物总可以想到办法找到固定的参照基准点，但是对于大型空间结构，例如大跨度桥梁的挠度测量，高层建筑和高耸结构的风振、地震作用下的动态位移等，很难甚至无法找到固定的参照基准点，这是接触式测量方法应用于结构变形测量的最大限制。1.3. 数字图像相关测量技术的原理数字图像相关测量技术（）是应用计算机视觉技术的
7、一种图像测量技术，它是现代先进的光电技术、图像处理与识别技术与计算机技术相结合的产物，是现代光测力学的又一个新进展。数字图像相关测量技术是根据物体表面随机分布的粒子的反射光强度分布在变形前后的概率统计相关性来确定物体表面的位移和应变的。其测量过程为由摄相机记录存在于物体表面的散斑图，这些图像经系统软件处理转换成数字图像存储于图像卡中并显示在计算机的显示器上，同时可以保存。数字相关方法就是利用变形前后的两幅图像进行相关运算，从而达到求解变形体表面位移和应变的目的。1数字图像相关测量技术根据测试实现的步骤主要分为以下几个方面。首先，要有散斑，这要通过制斑技术在被测物体表面形成散斑，对于实际问题，就
8、是有外力使物体发生面内变形。然后，需要有一套图像采集系统，将变形前后物体表面的散斑采集存储起来。最后是通过计算机处理数字散斑图，获得变形信息。2. 数字图像相关测量技术在工程中的应用举例2.1. 桥梁裂缝的测量利用测量变形时，需要在待测物体表面制造散斑，对于桥梁裂缝，如果裂缝附近混凝土表面反光性能良好，图像的灰度值起伏较大，就可以作为天然的散斑场；若灰度值分布较均匀，没有什么起伏，可以在表面喷涂玻璃微珠漆。因裂缝本身不反光，在图像中显示为明显的暗区域，为了达到较为满意的计算效果，应尽量增大裂缝与周围区域的反差，保证裂缝中绝大多数点的灰度值低于裂缝附近区域的点的灰度的最小值。相关计算表明，裂缝附
9、近区域的点的相关系数具有良好的分布，而且加载前后裂缝变形的程度并不是特别大。如果离面位移的影响微小到可以忽略的程度，那么采用DIC方法就是可行的。 2将数字图像相关方法应用于桥梁裂缝在动静态载荷下的变形监测是可行的。该方法在全场的位移、应变、应力测量方面具有一定优势，结果直观；而且需要的设备很少，消耗低，操作极其简单，非常适合现场测量。2.2. 浅基础变形的测量在岩土力学研究中，模型试验的变形测量对于把握岩土的力学特性和建立检验土的本构模型具有十分重要的意义。目前，在岩土模型试验中测量位移或变形主要采用传感器或者人为布置标志物等方法，这些传统的位测量方法存在工作量大、测量精度较低、测量点有限、
10、对模型扰动大等缺陷。数字图像相关方法是一种用于测量物体面内位移的非接触式光学测量方法，具有全场测量的优点，且其光路简单，要求的测量环境低。近年来，计算机硬件的快速发展为开发和应用基于图像分析的岩土模试验变形场量测方法提供了技术保证。3为了研究垂直荷载下浅基础模型试验变形场及破坏模式，以数字图像相关技术()为基础，编制相应的位移场分析程序，并通过实例对该程序的可靠性和精度进行验证。利用编制的程序分析浅基础下土体位移场是可行的，且可以得到全场位移，具有可靠的精度，与传统方法相比具有明显的优势。基于数字图像相关技术的变形量测法是岩土模型试验全场细观变形与局部化等问题研究中的一个强有力的手段。3. 技
11、术的优越性从众多的工程实例中，我们可以看到，作为一种非接触的新型光学测量方法，具有很多优点：（1）实验设备、实验操作简单，数据采集和处理过程简单，显示结果也比较直观，测量环境要求低，非常适合现场测量，也便于实现整个过程自动化。（2）该方法原则上可以得到所测物体拍摄区域所有点（即整个面）的变形信息，信息量较其他方法大得多，具有可靠的精度。（3）测量过程是非接触的，不会影响变形过程，测量的结果也更真实精确。（4）可快速记录装置拍摄变形过程，可方便地实现动态测量。4. 技术仍需改进虽然技术在测量结构变形方面有很大的优越性，但现有的计算精度和计算速度还有待继续提高。所以我们要继续研究和改进数字图像相关方法，并结合土木工程的特点，将改进后的方法应用于工程结构测试中，可以弥补当前测量方法的不足，解决工程结构测量中的很多难题，从而产生巨大的经济效益。参考文献1 夏桂锁. 数字图像相关测量方法的理论及应用研究. 天津大学机械学院，2003.2 王静，李鸿琦，邢冬梅，金波，佟景伟，李林安. 数字图像相关方法在桥梁裂缝变形监测中的应用J. 力学季刊,2003,24(4):512-5163 陈亚东，王旭东，宰金珉. 基于图像分析的浅基础破坏机理可视化研究J.建筑结构,2012,42,(3):137-139.