圖像處理技術(shù)在力學工程中的應用研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟社會的快速進步和科學技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計算機數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)得到了迅速提升，并在力學工程中得到了廣泛應用。
　　我國基礎設施建設事業(yè)突飛猛進，保障工程建設項目的可靠性和安全性顯得尤為重要。因此，巖土工程中巖土體等顆粒材料的變形測量與分析是目前比較熱門的一個研究課題，如何提高顆粒材料變形測量的精度與準確度成為研究者研究的重點。同時，地震、泥石流等自然災害頻發(fā)，對其形成和發(fā)生過程進行模擬和仿真對于預防災害具有重要的研究價值

2、和實際意義。
　　基于數(shù)字圖像的巖土體變形測量是一種非接觸式的、全場性的測量與分析方法，主要包括三個步驟:相機標定、圖像處理與分析以及數(shù)據(jù)可視化。本文對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。首先，巖土體特殊的紋理結(jié)構(gòu)使其適合使用互相關(guān)方法進行圖像分析，為了解決基本的粒子圖像測速算法計算量大的問題，對于數(shù)碼相機拍攝的數(shù)字圖像，利用基于快速傅里葉變換的互相關(guān)算法計算，得到巖土變形的像素數(shù)據(jù)，包括位移、速度以及應變場。對數(shù)據(jù)采用亞像素擬合方法將測量

3、精度提高到亞像素級別，過濾并平滑偽數(shù)據(jù)。其次，相機標定的目的是建立像素坐標系統(tǒng)中的點與對象坐標系統(tǒng)中點之間的對應關(guān)系，用于后期的實際變形測量中。標定方法有基本的線性標定算法、二次多項式算法以及新提出的基于三層前饋型人工神經(jīng)網(wǎng)絡訓練的相機標定技術(shù)，本文對三種標定算法在性能上進行了對比分析，并驗證了新算法的有效性。本論文開發(fā)了一套完整實用的基于數(shù)字圖像的巖土體變形測量系統(tǒng):首先根據(jù)快速傅里葉變換互相關(guān)算法得到變形像素數(shù)據(jù)，再根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡標定

4、模型得到實際變形數(shù)據(jù)，最后根據(jù)數(shù)據(jù)可視化巖土體的變形，包括向量場圖、等值線圖、速度向量量化圖等，進行變形特性分析。系統(tǒng)允許用戶選擇感興趣的計算區(qū)域以減少計算量，提高有效計算;添加批處理功能，對整個變形過程進行視頻演示。實驗表明該系統(tǒng)能夠準確、高效、持續(xù)地從二維數(shù)字圖像中獲取巖土體變形數(shù)據(jù)，在巖土工程研究領(lǐng)域具有重要的實際意義和應用價值。
　　模擬自然災害實質(zhì)上是對顆粒與顆粒、顆粒與墻之間的動力學過程進行模擬。由于人們對于視覺的要求