[發明專利]一種利用數字圖像處理技術測量砂土三軸試樣動態全表面局部應變及其均勻性的方法

在審

• 申請號: 201810376075.8
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108871944A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 鄒德高;季曉檬;桑勇;趙健龍;周晨光;劉京茂
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/08;G06T7/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種利用數字圖像處理技術測量三軸試樣動態全表面應變及其均勻性的方法，其特征在于，該方法基于小型三軸試驗儀(1)實現，散斑圖像處理方法首次應用在動態三軸全表面應變測量及應變均勻性判別，不需外置傳感器，避免其對試樣變形的干擾，且能夠精確測量試樣體局部的軸向變形和徑向變形，該方法具體包括以下步驟：

1)采用小型三軸儀(1)制備三軸試樣(6)；

2)對乳膠膜(5)進行表面全場散斑處理；

3)試樣(6)頂部與底部分別放置透水石(4)，并在試樣(6)外部套置乳膠膜(5)，將試樣(6)放置于試樣底座(7)上，安置試樣帽(3)，綁扎乳膠膜(5)，完成安裝；對試樣(6)進行通氣、飽和、固結，將連接軸(2)與液壓加載系統連接；

4)架設外置輔助照明設備，對試樣(6)進行光照設置，使試樣(6)表面光照均勻；

5)架設高速工業相機(8)，并采用高速數據采集線(10)將其與電腦(9)連接，調節高速工業相機(8)的鏡頭，對試樣(6)對焦后調整曝光率；同時，調試圖像采集程序，設置采集參數；

6)同時觸發加載程序和圖像采集程序，高頻采集全過程試驗圖像至試驗結束，獲取試驗圖像；

7)利用PS對試驗圖像進行預處理，獲取試樣(6)全面場矩形圖像，截取沿長軸方向中心線左右各一定角度的弧長范圍內的圖像作為計算條帶(11)；對計算條帶(11)進行分層處理，將條帶平均分為L層，獲得L塊計算區塊(12)，并得到各計算區塊(12)的灰度值數據，利用DIC圖像處理技術分析每一個計算區塊(12)的區域數據；

其中一個計算區塊(12)的計算過程如下：

將一個計算區塊(12)分成N塊方形區域，所述方形區域的快數根據測量部位和測量精度要求選取，每個方形區域稱為參考子區(13)，其中一個參考子區的中心點為P(X₀,Y₀)，除中心點外任一點Q(X,Y)，該參考子區(13)的像素為(2M+1)*(2M+1)，M根據圖片質量選取；方形區域內任一點Q點變形后坐標，如公式(2)、(3)所示：

其中，U表示變形前后P點橫坐標位移值；V表示變形前后P點縱坐標位移值；

利用臨近域搜索算法，尋找目標子區(14)，利用歸一化協方差相關函數計算相關系數極值，經過反復試算迭代計算，找到目標子區(14)，該目標子區(14)與上述參考子區(13)像素信息相同或相近，獲得中心點P(X',Y')坐標，利用引入灰度變化的基于梯度的亞像素位移算法計算出該子區中點位移；用上述方法，可以求得N塊參考子區(13)中心點的位移D，對求得各參考子區13位移D，利用公式(4)計算最終該計算區塊12的中心點位移S；

其中，S表示某一計算區塊12中心點實際位移；N表示參考子區13的個數；D_i表示某參考子區13中心點實際位移；

按照上述計算過程，可以得到各計算區塊12的中心點實際位移，計算結果如圖6所示，本實施例中共計20塊計算區塊12及相應的各區塊中心點位移時程曲線；

8)根據步驟7)得到的各計算區塊(12)的中心點實際位移，由公式(5)計算局部應變：

其中，ε表示應變值；S₁、S₂表示相應局部的計算區塊(12)中心點的實際位移；H是兩局部中心點初始位置相對位移。