[發明專利]通過耦合的圖像相關性與機械建模來識別機械性能的計算機實現方法

在審

• 申請號: 201880090358.4
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN112055871A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: F·希爾德;H·勒克萊爾;S·路克斯
• 申請（專利權）人: 國家科研中心;卡尚高等師范學校
• 主分類號: G06T7/32
• 分類號: G06T7/32;G06T7/00;G01B15/06;G01N3/08;G01M5/00;G01M11/08;G06F30/17;G06F30/23;G01B11/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 游雷;王小東

本發明的一般領域是識別經受機械應力的對象的機械參數的計算機實現的方法。根據本發明的方法包括：通過成像裝置獲取施加機械應力之前和期間拍攝的對象的圖像的步驟；計算由于在所記錄圖像的建?；A上或在所述應力的理論機械建?；A上執行應力而帶來的影響的三個步驟；定義等于兩個模型之間差異的泛函的步驟；以及最小化所述泛函的最終步驟，以便實驗模型盡可能接近理論機械模型。附加測量使得根據本發明的方法能夠細化。

本發明的一般領域是材料和結構科學領域，更確切地說是材料和結構在經受各種機械應力時的性能的知識領域。

主要的工業應用與材料的強度有關。然而，還存在諸如無損檢測、某些生物學應用或醫用彈性成像之類的其他應用領域。

一般地，測量是借助于包括成像設備的機械測試系統進行的。這些設備主要是在可見光波長或接近可見光波長下工作的視頻攝像頭或靜態攝像頭，或是諸如掃描電子顯微鏡或原子力顯微鏡之類的微觀分析系統。斷層掃描裝置也可用于分析材料樣品的整個體積。這種裝置有各種類型。將非窮盡地提及X射線斷層掃描裝置、磁共振斷層掃描裝置或“MRI”和光學相干斷層掃描裝置。

這些成像設備的一般工作原理如下。例如，在應用確定的機械或熱負載條件之前和期間，拍攝一定數量的表示樣品的圖像。這些圖像可以是二維的、立體的或視頻的，或甚至是體積圖像。當然，如果期望識別具有物理尺寸的機械性能，那么對樣品尺度的了解是必不可少的。

存在能夠使用獲得的圖像來表征負載效果的各種方式。這些圖像可以借助于數字圖像相關性(CIN)來使用，這一方法也被縮寫為“DIC”。將特別參考出版物“Imagecorrelation for shape,motion and deformation measurements:basic concepts,theory and applications”，MA Sutton，JJ Orteu，H Schreier，Springer(2009)。該方法包括在代表性運動學基礎上分解樣品的運動。這種基礎可以是基于樣品的幾何網格的“有限元”類型的描述。將有負載情況下獲得的多個圖像與無負載情況下獲得的那個或那些圖像進行對比的分析使得可以測量應力情況下的樣品的位移場U_CIN(x)，x表示樣本點的坐標。圖1示出了數字圖像相關性方法表征的該一般原理。

同樣的機械實驗可以借助于有限元方法或借助于其他技術進行數值建模，以計算隨后用U_CAL(x)表示的位移場。

建模需要：

-樣品的幾何形狀的知識；

-包括時間的負載條件的知識，；

-諸如區域邊緣的位移或力的測量值之類的邊界條件的知識，；

-樣品或組成樣品的各相的機械行為的規律的知識；

-針對多相介質的各相的精確位置的知識。

這些不同的元素可以經由統稱為{p_i}的參數集以數學方式描述，i是從1變化到n的索引，n是所討論的參數數量。圖2示出了通過建模表征的該一般原理。

當然，只有當位移場U_CAL(x)與位移場U_CIN(x)相同或非常接近時，建模才能真實地反映觀測值。因此，參數{p_i}的優化是借助于迭代循環來實現的，在迭代循環中修改該參數，直到兩個位移場彼此對應到最佳可能的程度為止。圖3示出了測量、建模和優化的整個過程，使得能夠確定正確的參數。

這種方法有一些缺點。具體地說，圖像總是有噪聲的，并且DIC對這種噪聲的或多或少的敏感程度取決于運動學基礎的選擇。在所研究區域的邊緣處，這種影響尤其明顯。建模的主要缺點是位移場對于某些參數的敏感性很低，使得這些參數難以確定。甚至可能在所有參數{p_i}之間存在污染影響。最后，盡管存在測量缺陷，但在整個識別過程中，該位移場是不可更改的。