一種基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數(shù)識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請設(shè)及實驗力學(xué)中高溫測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，設(shè)及一種基于仿射變換最 佳匹配圖像的熱力參數(shù)識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前對于高溫材料的彈性模量和泊松比測定主要通過高溫拉伸實驗完成。升溫到 預(yù)定值對試樣單向拉伸，記錄載荷量和測量材料拉伸方向和橫向應(yīng)變，得到彈性模量和泊 松比。對于熱膨脹系數(shù)主要通過升溫到預(yù)定值記錄應(yīng)變來測量。傳統(tǒng)方法熱力參量必須分 開測量，需要重復(fù)升溫，工序繁瑣，成本高
[0003] 姚學(xué)鋒等于2012年發(fā)明的專利CN103018111A提出基于虛位移場法同時測量高溫 材料彈性模量、泊松比和熱膨脹系數(shù)的方法。但該方法需要第Ξ方數(shù)字圖像相關(guān)軟件支持 得到材料變形前后位移場應(yīng)變場；需要具備專業(yè)知識人員構(gòu)建虛位移場，進行下一步處理； 考慮到實際操作存在剛體運動，在不排除剛體平動的情況下會引入誤差；計算過程繁瑣，耗 時多。因此，操作簡便，不需要第Ξ方軟件支持，考慮實際操作可能存在的剛體平動，處理速 度快（< 10s)的熱力參量同時測量技術(shù)亟待提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種基于仿射變換最佳匹配圖像 的熱力參數(shù)識別方法，操作簡便，不需要第Ξ方軟件支持，考慮實際操作可能存在的剛體平 動，處理速度快。 陽0化]為了解決上述技術(shù)問題，本申請有如下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數(shù)識別方法，其特征在于，包括：
[0007] 制作高溫散斑試件，將制作好的高溫散斑待測試件固定在帶有高溫箱的Ξ點彎試 驗機上，采集所述待測試件變形前的散斑圖像a;
[000引施加熱力載荷，采集所述待測試件變形后的散斑圖像b;
[0009] 在變形前的散斑圖像a上選取標(biāo)定區(qū)域，完成單位像素實際長度標(biāo)定；
[0010] 在變形前的散斑圖像a上選取計算區(qū)域，W待測熱力參數(shù)為待優(yōu)化量，設(shè)置迭代 初始值P。：
[0011] p〇=化V，目，E，V，曰]。
[0012]其中，U和V為剛體平動，Θ為剛體轉(zhuǎn)動，E為彈性模量，V為泊松比，α為熱膨脹 系數(shù)；
[0013] 對變形后的散斑圖像b進行仿射變換，得到構(gòu)造變形前圖像C;
[0014] 匹配所述構(gòu)造變形前圖像C與所述變形前的散斑圖像a,對待測熱力參數(shù)連續(xù)迭 代優(yōu)化；設(shè)置終止迭代闊值，依據(jù)所述終止迭代闊值終止迭代，實現(xiàn)所述構(gòu)造變形前圖像C 與所述變形前的散斑圖像a最佳匹配；
[0015] 測量并排除剛體平動、剛體轉(zhuǎn)動，一次同時識別出包括彈性模量、泊松比和熱膨脹 系數(shù)的熱力參數(shù)。
[0016]優(yōu)選地，其中，所述對變形后的散斑圖像b進行仿射變換，得到構(gòu)造變形前圖像C， 進一步為：
[0017] 依據(jù)W下方程對變形后的散斑圖像b進行仿射變換，得到構(gòu)造變形前圖像C:
[00%] 其中，X和y為散斑點在變形后圖像b中的坐標(biāo)，x^^和y^為散斑點在構(gòu)造變形前 圖像C中的坐標(biāo)，U和V為剛體平動，Ue和Ve為剛體轉(zhuǎn)動，Uf和Vf為力載荷變形，E，V為 材料彈性模量、泊松比，Ut和Vt為熱載荷變形，α為材料熱膨脹系數(shù)，f為Ξ點彎載荷，ΔΤ 為溫度箱所加溫度；G為材料剪切模量，由E，V求得；EI為試件抗彎剛度，由試件尺寸和彈 性模量求得。
[0027] 優(yōu)選地，其中，所述匹配所述構(gòu)造變形前圖像C與所述變形前的散斑圖像a,對待 測熱力參數(shù)連續(xù)迭代優(yōu)化，進一步為：
[002引依據(jù)W下方程，匹配所述構(gòu)造變形前圖像C與所述變形前的散斑圖像曰，對待測熱 力參數(shù)連續(xù)迭代優(yōu)化：
[0029]
陽030] Pk+i=Pk+Δρ
[00川其中，Δρ為第k+1次迭代待測參量增量J(x，y)為構(gòu)造變形前圖像C中（X，y) 處灰度值；I(X，y)為原始變形前圖像a中（X，y)處灰度值；Pi為待優(yōu)
[0032] 化參數(shù)P第i個分量；Pw為第K+1次迭代優(yōu)化參數(shù)值。
[0033] 優(yōu)選地，其中，所述設(shè)置終止迭代闊值，進一步為：
[0034] 設(shè)置終止迭代相關(guān)系數(shù)闊值C。：
[0035]
[0036] |C(Pw)-C(Pk)I<C〇
[0037] 其中，C(PkJ為構(gòu)造未變形圖像c與原始未變形圖像a第k+1次迭代相關(guān)系數(shù)；J(X% /)為構(gòu)造未變形圖像C中（X% /)處灰度值；I(X，y)為原始未變形圖像a中（X，y) 處灰度值；Pw為第k+1次迭代測量結(jié)果；C(pk)為第k次迭代構(gòu)造變形前圖像C與原始變 形前圖像a相關(guān)系數(shù)；C(PkJ為第k+1次迭代構(gòu)造變形前圖像C與原始變形前圖像a相關(guān) 系數(shù)；C。為終止迭代相關(guān)系數(shù)闊值。
[00測優(yōu)選地，其中，所述測量并排除剛體平動、剛體轉(zhuǎn)動，一次同時識別出包括彈性模 量、泊松比和熱膨脹系數(shù)的熱力參數(shù)為：
[0039]P=Pk+i=扣，V，目，E，V，α]W W40] 其中，Ρ為待優(yōu)化參數(shù)，Pw為第Κ+1次迭代優(yōu)化參數(shù)值，U和V為剛體平動，Θ為 剛體轉(zhuǎn)動，E為彈性模量，V為泊松比，α為熱膨脹系數(shù)。
[0041] 優(yōu)選地，其中，采用垂直試件表面的單色光照明采集裝置采集試件表面的散斑圖， 所述采集裝置包括單色光光源、雙遠(yuǎn)屯、鏡頭、與光源顏色一致的單色光光學(xué)濾光片和CCD。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請所述的方法，達(dá)到了如下效果：
[0043] 第一，與傳統(tǒng)熱力參數(shù)測量相比，本發(fā)明通過一次高溫試驗同時測量材料彈性模 量、泊松比和熱膨脹系數(shù)，降低了重復(fù)升溫成本。 W44] 第二，與專利CN103018111A相比，本發(fā)明不需要第S方數(shù)字圖像軟件的預(yù)處理散 斑圖即可得到位移場應(yīng)變場。
[0045] 第Ξ，本發(fā)明操作簡便，只需要非專業(yè)人員輸入試件尺寸，實驗熱力載荷和迭代初 值，選取標(biāo)定區(qū)域和計算區(qū)域，即可開始計算并輸出熱力參數(shù)識別結(jié)果。
[0046] 第四，本發(fā)明識別速度快。本發(fā)明將全部識別過程集成在數(shù)字圖像分析過程中，省 去第Ξ方軟件前處理和構(gòu)建虛位移場等專業(yè)操作。
[0047] 第五，本發(fā)明考慮到熱力載荷加載過程中試件的剛體面內(nèi)平動，轉(zhuǎn)動，能夠準(zhǔn)確測 量并排除；使用雙遠(yuǎn)屯、鏡頭，排除了剛體離面運動引起的誤差，減少了系統(tǒng)誤差種類。
【附圖說明】
[0048] 此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申 請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0049] 圖1為本發(fā)明中基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數(shù)識別方法的流程圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明中本發(fā)明中仿射變換最佳匹配圖像方法模型圖；
[0051] 圖3為本發(fā)明中仿射變換原理圖；
[0052] 圖4為本發(fā)明中標(biāo)定區(qū)域、計算區(qū)域的選擇示意圖；
[0053] 圖5為本發(fā)明實施例3中基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數(shù)識別方法的流程 圖。
【具體實施方式】
[0054] 如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不W 名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是W組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在 通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為一開放式用語，故應(yīng)解釋成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所 述技術(shù)問題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，"禪接"一詞在此包含任何直接及間接的電性 禪接手段。因此，若文中描述一第一裝置禪接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電 性禪接于所述第二裝置，或通過其他裝置或禪接手段間接地電性禪接至所述第二裝置。說 明書后續(xù)描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃W說明本申請的一般原則為目 的，并非用W限定本申請的范圍。本申請的保護范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。 陽055] 實施例1
[0056] 參見圖1所示為本申請所述一種基于仿射變