图像相关技术的亚像素位移算法与实验研究

作     者：伍卫平 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何玉明

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：数字图像相关法 亚像素定位 曲面拟合 移动最小二乘 影响半径 实验定标 

摘      要：数字图像相关法作为一种精密的计算机辅助光学测量方法,在力学测量领域中扮演着举足轻重的角色。数字图像相关技术的关键,就是图像亚像素定位算法的计算精度和稳定性。 首先,本文介绍了数字图像相关方法国内外的研究进展及应用;在介绍了数字图像相关方法的基本原理后,将视频图像中运动估计的三步搜索法引入,用于整像素相关搜索;并介绍了生成计算机模拟散斑图的算法。 其次,总结了各种已有的图像亚像素位移定位算法,重点介绍了图像灰度插值法、相关系数拟合（插值）法、梯度法（基于灰度的梯度法和基于相似函数的梯度法两大类）这三种目前最常用的数字图像亚像素定位算法,并用模拟散斑图对它们进行了比较。 再次,在总结亚像素定位算法的基础上,将移动最小二乘法与相关系数曲面拟合法相结合提出了一种新的算法——基于移动最小二乘的相关系数曲面拟合法,并对该算法进行了优化,给出了最佳的相关系数子区计算窗口、权函数影响半径和拟合曲面阶数;并与传统的曲面拟合法和梯度法进行了比较,尤其是抗噪性能方面的比较。 最后,利用本文提出的新算法,将其应用于等强度梁弯曲变形挠度测量实验。介绍了试件表面特征化处理的方法;并在实验定标方面,提出了基于最小二乘的直线和圆拟合两种新颖的定标方法。在Matlab软件平台上,开发了基于梯度法和移动最小二乘曲面拟合法两套软件,然后将这两套软件应用于该实验中,将软件计算值与理论值进行了比较分析,得到了令人满意的结果。