数字图像相关技术介绍讲述.pptx

数字图像相关（DIC）技术简介 2015.12.30 数字图像处理技术的发展和DIC技术的产生 DIC技术中相关图像分析方法 DIC技术在岩土力学研究中的应用实例 基于MATLAB的图像处理方法简介 1. 数字图像技术的发展 数字图像处理技术：是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。 数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期，早期的图像处理的目的是改善图像的质量。例：美国喷气推进实验室首次成功应用其对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的照片进行处理，绘制出了月球表面地图。 1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT。CT的基该方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。 伴随着计算机技术的发展，数字图像处理技术在国内外发展十分迅速，在航空航天、生物医学、通信工程、测绘工程、军事公安、视屏和多媒体等方面都有广泛的应用。 DIC技术原理：通过对变形前后采集物体表面的两幅图像进行相关处理，进而实现物 体变形场 的测量。 DIC测量装置 数字图像相关算法 DIC技术 2. 图像分析方法 数字图像的基本组成元素是像素，RGB通常用来表示一个像素颜色的红绿蓝三个颜色分量，像素的颜色和坐标是图像分析的二个要素。 在连续拍摄的试验模型照片序列中，识别出与初始照片上设定的量测点的对应点是关键。模型试验上点的位移由像素块的追踪算法完成。 位移追踪 通过试验数字照片序列上点的相关性判别，追踪模型变形前后测点的坐标位置是实现非接触变形测量的关键 图像匹配的基本原理是在两帧相关图像上，通过比较以两个点为中心的大小相同的像素块的像素RGB颜色的相关性，来判别它们是否为相同的点。这里假设图像上任一像素块中的像素点的分布各不相同。 相关性判别 在变形前后图像上有哪些信誉好的足球投注网站区域内，如果二个像素块的相关性最好时，相关函数的值达到峰值。在此给出四中具有代表性的相关函数。 相关函数 表达式 绝对差相关函数 最小差值平方和相关函数 正则化互相关函数 绝对差相关函数介绍 以两像素块各像素点灰度差的绝对值总和为最小作为相关性判别，是一种简便快速的方法。 匹配过程 在变形前图像上，以 点为中心作一长宽为（2k+1）个像素的像素块Block-i, u(x,y)是任一点颜色值。 在变形图像上指定的有哪些信誉好的足球投注网站范围内，检查任一点 是否为的对应点，同样以 为中心作一长宽为（2k+1）个像素的像素块Block-d, v(x,y)是任一点颜色值。 根据计算公式计算相关系数 ，在有哪些信誉好的足球投注网站范围内最大 对应的 点即是 在变形后的图像上的对应点。 成像原理 摄像机的成像原理就是透镜成像原理，摄摄像机的成像涉及到三个坐标系分别为摄像机坐标系、图像坐标系、像素坐标系。摄像机的成像过程就是这个三个坐标系的一系列转换。 摄像机坐标系的坐标原点是摄像机的光心，用 表示其坐标值。 图像坐标系的坐标原点则为 CCD 图像平面的中心,坐标值用( x , y )表示。 像素坐标系的原点定义为 CCD 图像平面的左上角顶点,坐标值用(u , v )表示。 图像坐标系与像素坐标系的转换 其中，dx和dy 分别是每个像素在图像平面上 x 与 y 方向上的物理尺寸。 图像坐标系与摄像机坐标系间的转换 其中，f 是焦距也就是像平面与摄像机坐标系原点间的距离。 DIC技术优点 非接触测量、对测量环境要求低、实现简单、既可以实现全场也可以进行局部变形测量、应用范围广。 粒子图像测速技术（PIV） 典型的PIV系统 示踪粒子以及待测流场 摄像头 高功率激光器? 光路 同步装置 连接激光器和 透镜的光导纤维 STEP 1 在流场中布撒大量示踪粒子（如固体粒子、液滴或气泡） STEP 2 使用激光片光源照射流场待测切面 STEP 3 使用CCD记录示踪粒子位置 STEP 4 应用计算机分析图像并计算所测区域内粒子速度 STEP 5 得到流场速度并计算其他参数 试验步骤 3D-PIV 传统的二维PIV技术只能测量片光面内速度。实际上，许多工艺装置中的流动都是复杂的三维湍流流动。用2D-PIV技术测量可能导致较大的误差，解决这一问题的方法是使用三维测量技术，这也是PIV技术的发展趋势之一。 3D-PIV的关键问题是示踪粒子三维图像的获得及其三维坐标的确定。目前获取示踪粒子三维坐标信息的方法有：体视成像法和全息图像法。 DIC技术在岩土力学研究中的应用实例 《基于图像相关分析的砂土模型试验变形场测量》李海元 朱