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基于梯度的数字体图像相关方法测量物体内部变形

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光学学报 2011年第6期31卷 113-119页

作者：潘兵吴大方谢惠民胡振兴北京航空航天大学固体力学所北京100191 清华大学航空航天学院北京100083

数字体图像相关方法通过分析两幅以体素为单位的三维体图像获得物体内部的三维变形信息。在利用数字体图像相关方法测量物体内部变形的过程中,整体素的位移场可以通过简单的空域搜索获得,因此如何计算亚体素位移是提高该方法位移测量精... 详细信息

数字体图像相关方法通过分析两幅以体素为单位的三维体图像获得物体内部的三维变形信息。在利用数字体图像相关方法测量物体内部变形的过程中,整体素的位移场可以通过简单的空域搜索获得,因此如何计算亚体素位移是提高该方法位移测量精度的关键。介绍了一种基于空间灰度梯度的亚体素位移测量算法,并用计算机模拟生成的可精确控制位移的三维散斑体图像和真实的激光扫描共焦显微镜三维体图像测试了该算法的计算精度和计算效率。结果表明,基于梯度的亚体素位移测量算法原理简单,计算效率高,可用于实际物体内部变形的高精度测量。

关键词：测量图像处理数字体图像相关亚体素位移变形

提高数字体图像相关算法精度和计算效率的方法

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广东工业大学学报 2015年第1期32卷 80-84页

作者：邓超兵张程潇白玉磊周延周广东工业大学自动化学院广东广州510006

在处理大量数据的情况下,通过利用图像一阶灰度梯度来计算三维位移场分布,采用亚体素位置三元三次灰度插值法来提高位移计算精度和效率.仿真实验验证了该方法的正确性.

关键词：变形场分布数字体图像相关三元三次插值

基于数字体图像相关方法的接触区域材料参数识别

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基于数字体图像相关方法的接触区域材料参数识别

北京力学会第二十五届学术年会

作者：邹翔北京航空航天大学固体力学所

本文提出了一种基于数字体图像相关方法(Digital volume correlation, DVC)和赫兹接触理论的接触区域材料参数识别方法。首先,根据赫兹接触理论,推导出球形压头作用下接触区域位移场与材料参数的关系式。然后,通过Levengerg-Marquardt(L... 详细信息

本文提出了一种基于数字体图像相关方法(Digital volume correlation, DVC)和赫兹接触理论的接触区域材料参数识别方法。首先,根据赫兹接触理论,推导出球形压头作用下接触区域位移场与材料参数的关系式。然后,通过Levengerg-Marquardt(L-M)算法对DVC测量得到的位移场用理论公式进行非线性最小二乘拟合,反演求得材料的弹性模量和泊松比。最后,通过模拟实验验证了该参数反演识别方法的有效性和准确性。

关键词： X射线断层成像数字体图像相关三维变形测量参数识别

用于物体内部三维变形测量的快速数字体图像相关方法

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用于物体内部三维变形测量的快速数字体图像相关方法

北京力学会第20届学术年会

作者：王博潘兵北京航空航天大学固体力学所

作为测量不透明固体材料和某些生物组织内部三维变形场的一种新颖、有效的技术手段,数字体图像相关方法(DVC)已经在各领域中得到关注和应用。考虑到DVC固有的计算复杂性,如何提高其计算效率成为其程序实际实现过程中面临的一个重要挑战... 详细信息

作为测量不透明固体材料和某些生物组织内部三维变形场的一种新颖、有效的技术手段,数字体图像相关方法(DVC)已经在各领域中得到关注和应用。考虑到DVC固有的计算复杂性,如何提高其计算效率成为其程序实际实现过程中面临的一个重要挑战。本文提出一种快速DVC方法,该方法能够在不降低测量精准度的前提下,显示出比已有DVC方法更高的计算效率。数值模拟实验结果表明,该快速DVC方法的计算结果略优于已有DVC方法,且比已有DVC方法快45-50倍。

关键词：数字体图像相关亚体素位移位移跟踪逆向组合高斯牛顿算法

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面向大变形测量的数字图像相关方法研究

面向大变形测量的数字图像相关方法研究

作者：叶敬晨天津商业大学

学位级别：硕士

数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)是目前使用最广泛的变形测量技术之一,具有非接触全场测量的优势。尽管DIC方法已经取得了诸多进展,但是在大变形问题中仍然面临挑战。作为DIC方法在三维中的直接推广,同样的挑战还出现... 详细信息

数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)是目前使用最广泛的变形测量技术之一,具有非接触全场测量的优势。尽管DIC方法已经取得了诸多进展,但是在大变形问题中仍然面临挑战。作为DIC方法在三维中的直接推广,同样的挑战还出现在数字体图像相关(Digital Volume Correlation,DVC)方法中。本文的主要研究内容是针对大变形问题改进DIC和DVC方法,进一步提高大变形测量能力。(1)引入预变形辅助策略描述更为复杂的子区变形,提出预变形辅助的前向加性高斯牛顿算法,提高了DIC方法对复杂变形的测量精度。数值实验表明,预变形辅助策略在复杂变形中能够提高约一倍的测量精度。预置裂纹的拉伸实验表明该方法在真实实验中的可靠性。(2)引入拟共形映射为大变形问题提供从边界变形和特征匹配中估计全场变形的计算工具,提出了基于拟共形映射的大变形DIC方法。数值实验表明,拟共形映射的引入使大变形的测量范围得到扩展,同时保持较高的测量精度。单轴拉伸和三点弯实验表明该方法在真实实验中的可靠性。(3)为了进一步突破特征提取算法的限制,提出了棋盘格散斑模式,使用棋盘格角点替代特征点作为约束条件,提高了基于拟共形映射的DIC算法的稳定性和鲁棒性。数值实验表明,棋盘格散斑模式为初值估计提供了稳定可靠的计算依据。(4)将基于拟共形映射的DIC方法推广至DVC方法中,实现了可靠的三维全场变形初值计算,拓展了DVC算法在固体内部三维大变形测量的能力。数值实验表明,该方法在大拉伸变形的测量中表现较好。本文研究一定程度上提高了DIC、DVC方法对大变形的测量能力和测量精度,具有较强的工程应用价值,并为后续改进提供了值得探讨的方向。

关键词：数字图像相关数字体图像相关大变形拟共形映射预变形

基于同步辐射原位CT的聚氨酯泡沫微观变形机理研究

同方学位论文库评论

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实验力学 2020年第2期35卷 225-233页

作者：柴海伟李海洋范端黄俊宇顶峰多尺度科学研究所四川成都630031 教育部先进材料与技术重点实验室西南交通大学四川成都630031

为揭示聚氨酯泡沫的微观结构性能关系,本文依靠自主研发的微型材料试验机,在美国APS光源2BM线站上搭建了原位CT系统,对闭孔硬质聚氨酯泡沫在准静态压缩加载下的变形损伤行为进行了三维实时表征,分辨率可达0.87μm。通过原位CT试验获取... 详细信息

为揭示聚氨酯泡沫的微观结构性能关系,本文依靠自主研发的微型材料试验机,在美国APS光源2BM线站上搭建了原位CT系统,对闭孔硬质聚氨酯泡沫在准静态压缩加载下的变形损伤行为进行了三维实时表征,分辨率可达0.87μm。通过原位CT试验获取了硬质聚氨酯泡沫的应力应变关系,以及三个变形阶段(弹性、平台、压实)的三维结构演化过程。三维图像显示,在平台段会观察到局部压缩带从样品两端向中间传播的过程,且压缩带传播速度会超过压头速度。同时,利用数字体图像相关技术精确计算了聚氨酯泡沫的三维变形场,表明压缩变形主要集中在变形带内部。通过追踪胞元变形过程并利用表面曲率场来量化胞壁变形,发现胞元坍塌主要源于包壁屈曲形成的褶皱。

关键词：硬质聚氨酯泡沫闭孔泡沫原位CT 数字体图像相关

不同数量投影图重建CT体图像对DVC测量的影响

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不同数量投影图重建CT体图像对DVC测量的影响

北京力学会第二十七届学术年会

作者：张轩豪北京航空航天大学固体所

数字体图像相关方法(digital volume correlation, DVC)是一种可以测量物体内部三维变形场的光测力学技术。通过匹配由CT设备获取的被测试样变形前后体图像,DVC可以获得物体内部的三维全场变形。在CT设备获取体图像的过程中,投影图数量... 详细信息

数字体图像相关方法(digital volume correlation, DVC)是一种可以测量物体内部三维变形场的光测力学技术。通过匹配由CT设备获取的被测试样变形前后体图像,DVC可以获得物体内部的三维全场变形。在CT设备获取体图像的过程中,投影图数量对投影图数据采集时间以及体图像的成像质量和重建时间有着重要影响。较多的投影图可以获得更高质量的体图像,但需要更长的时间进行投影图采集,这可能会造成运动伪影,自热效应等不必要的成像偏差。而较少的投影图尽管可以实现快速的数据采集,相同时间内获得更多的加载阶段,但这会降低体图像的成像质量,从而损害了DVC测量的准确性。因此,选取合适的投影图数量对DVC测量有着重要实用意义。基于此,本文首先对不同数量的投影图结合经典三维重建算法——Feldkamp (FDK)算法进行体图像重建,其中投影图来源于模拟散斑体图像重投影实验以及泡沫铜试样重扫描实验,然后对这些由不同数量的投影图重建的体图像进行DVC位移计算并进行误差分析。实验结果表明投影图数量对DVC测量位移的随机误差产生较大影响。当投影图数量较少时,随机误差随着投影图数量的增加迅速降低,但增加到一定阶段后,继续增加投影图数量对于随机误差的降低收效甚微。而对于DVC测量位移系统误差,只有在系统误差较小时,投影幅数才会对系统误差产生较大影响,当系统误差较大时,投影幅数对其几乎不会产生影响。本文研究结果可为未来研究人员DVC测量中选取合适投影幅数提供重要参考意义。

关键词：投影幅数数字体图像相关 CT成像误差分析

基于DVC方法的柚子皮形态学演化及内部全场应变测量

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基于DVC方法的柚子皮形态学演化及内部全场应变测量

北京力学会第二十四届学术年会

作者：王博潘兵北京航空航天大学固体力学研究所

天然材料中的多孔微结构对工业和工程领域中新型材料和结构的发展有启发和推动作用。表征这些天然材料内部微结构和力学性能有助于理解其自身形态学相关的力学特性,并指导工业设计的结构优化。在这些天然多孔材料中,柚子皮具有泡沫状分... 详细信息

天然材料中的多孔微结构对工业和工程领域中新型材料和结构的发展有启发和推动作用。表征这些天然材料内部微结构和力学性能有助于理解其自身形态学相关的力学特性,并指导工业设计的结构优化。在这些天然多孔材料中,柚子皮具有泡沫状分层微结构,代表了高能量吸收率材料的一种理想模型。本文结合X射线断层成像技术和数字体图像相关方法(DVC),并执行一系列原位逐级单轴压缩实验量化柚子皮试样在压缩过程中内部形态演变和力学响应。实验结果显示了柚子皮试样从内果皮到外果皮中微结构特征和抗压性能的演变,以及从内果皮到中果中皮维管束弯曲和大应变区域的演变。实验结果揭示了柚子皮受压过程中与微结构相关的力学性能以及近似线性的形态-力学响应关系。

关键词：柚子皮 X射线断层成像数字体图像相关三维变形测量