[发明专利]基于二维数字图像相关的全场振动测量方法

权利要求书

1.基于二维数字图像相关的全场振动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在试样表面制作散斑图像；

S2、调整相机成像镜头，使相机聚焦于试样；

S3、通过调整后的相机获取散斑图像；

S4、测量并计算试样的面内位移u_m和v_m，其中u_m为x轴方向的面内位移，v_m为y轴方向的面内位移；

S5、分别对面内位移u_m和v_m求导，得到试样表面的面内应变ε_xxm和ε_yym，其中ε_xxm为x轴方向的面内应变，ε_yym为y轴方向的面内应变；

S6、在得到试样表面的面内应变ε_xxm和ε_yym的情况下求取面外位移w；

S7、结合面外位移w、测量并计算得到的试样的面内位移u_m和v_m求取试样实际的面内位移u_a和v_a,即求得对应的振动情况。

2.根据权利要求1所述的基于二维数字图像相关的全场振动测量方法，其特征在于，步骤S4包括：

S4-1、在散斑图像的参考图像中指定以某待求像素点P(x_s,y_s)为中心的(2M+1)×(2M+1)像素大小的感兴趣区域作为参考图像子区，并将其均匀地划分为虚拟网格；

S4-2、预先定义相关函数，其为零均值归一化最小平方距离相关函数，其表达式如下：

其中，f_m和g_m分别为参考图像子区和目标图像子区的灰度平均值，且

在参考图像中，围绕P(x_s,y_s)为中心，合适像素大小的计算窗口，通过预定义的相关系数进行计算，在变形后图像中搜索P'(x_s',y_s')，相关系数峰值的地方即为以P'(x_s',y_s')为中心的目标图像子区，因此将对相关函数表达式求导得出的极值点即为点P'(x_s',y_s')；

S4-3、计算出P(x_s,y_s)点在x和y方向上的位移分量u_m和u_m。

3.根据权利要求1所述的基于二维数字图像相关的全场振动测量方法，其特征在于，步骤S6通过下式求取面外位移w：

其中，Z为试样到镜头的距离，(x_s,y_s)为相机传感器平面内的空间坐标，ε_xxm和ε_yym为试样表面的面内应变。

4.根据权利要求1所述的基于二维数字图像相关的全场振动测量方法，其特征在于，步骤S7通过下式求取试样实际的面内位移u_a和v_a：

其中，u_m和v_m为测量并计算得到的试样的面内位移，(x_s,y_s)为相机传感器平面内的空间坐标，Z为试样到镜头的距离，w为面外位移。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于二维数字图像相关的全场振动测量方法，其特征在于，所述相机为高速相机。