数字图像相关中基于非线性灰度改变模型的灰度梯度迭代算法.pdf

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1、2012年7月机床与液压Ju1．2012第40卷第13期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．40No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．13．021数字图像相关中基于非线性灰度改变模型的灰度梯度迭代算法熊磊，刘国栋，刘小勇，杨鑫，刘健英，谭庆昌(1．吉林大学机械科学与工程学院，吉林长春130022；2．北华大学机械工程学院，吉林吉林132021)摘要：传统的数字图像相关方法用于位移及应变场的测量都是基于物体表面同一点在变形前后灰度不变的基本假设。但是在实际应用中，灰度会受到光照及环境等因素的影响而

2、随着时间发生变化。针对这一问题，将比较符合实际情况的非线性灰度改变模型引入到灰度梯度迭代算法中，并通过计算机模拟实验验证算法的精度及稳定性。结果表明，改进后的算法能够降低由于灰度改变所引起的测量误差。关键词：数字图像相关；非线性灰度改变模型；灰度梯度迭代算法中图分类号：0348文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)13—070—3Gray-gradientIterativeAlgorithmBasedonNonlinearIntensityChangeModelinDigitalImageCorrelationXIONGLei，LIU

3、Guodong，LIUXiaoyong，YANGXin，LIUJianying，TANQingchang(1．CollegeofMechanicalScienceandEngineering，JilinUniversity，ChangchunJilin130022，China；2．MechanicalEngineeringCollege，BeihuaUniversity，JilinJilin132021，China)Abstract：Intraditionaldigitalimagecorrelationmethodfordisplacementan

4、dstrainmeasurements，thefundamentalassumptionofthemethodisthegraylevelintensityofaphysicalpointonobjectsurfacedoesnotchangebeforeandafterdeformation．However，theintensityinpracticalapplicationsmaychangeatvarioustimeduetotheilluminationandenvironmentcondition．Amorepracticalnonline

5、armodelforintensitychangewasusedingray-gradientiterativealgorithm．Theaccuracyandstabilityofthealgorithmwerever—ifiedthroughcomputersimulatedexperiments．Theresultsshowthattheimprovedalgorithmcanreducemeasureerrorcausedbyinten—sityvariation．Keywords：Digitalimagecorelation；Nonline

6、arintensitychangemodel；Gray-gradientiterativealgorithm数字图像相关(DIC)方法。是一种高效并且数，相比于N-R算法，保证了测量精度，更加易于具有实际应用价值的光学测量技术，因其具有实验装实现。之后，BPAN等考虑了灰度变化的因素，将置简单、环境要求不高以及灵敏度高等优点被广泛应线性灰度改变模型引入到了梯度算法中，但是这种模用于实验力学领域。在测量过程中利用成像设备型只适用于灰度作线性规律变化的场合。(一般采用CCD相机)记录变形前后物体表面的散斑作者考虑到在测量过程中物体表面灰度随时间变图像，借

7、助DIC算法便可以从图像中获取位移及应化的随机性，在IGGA方法的基础上引入非线性灰度变信息。改变模型，通过计算机模拟实验证实当光照发生变化目前，针对DIC算法的研究主要集中在如何提时，利用改进后的算法可以得到更加精确、稳定的测高亚像素位移测量的精度，这也是数字图像相关测量量结果。的关键技术。已经提出的亚像素重构算法主要有：1基于非线性灰度改变模型的灰度梯度迭代算法Newton．Raphson互相关系数迭代算法(简称N—R)、1．1基本原理曲面拟合法、基于梯度的方法、灰度梯度迭代数字图像相关方法需要获取物体变形前后具有相算法(IGGA)。其中，N—R

8、方法在保证计算效率的关性的两幅散斑图像，图1是散斑图像采集及数据处同时还可以获得很高的测量精度，但是在计算过