圖像處理技術(shù)在力學(xué)工程中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)得到了迅速提升，并在力學(xué)工程中得到了廣泛應(yīng)用。
　　我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)突飛猛進(jìn)，保障工程建設(shè)項(xiàng)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(cè)量與分析是目前比較熱門的一個(gè)研究課題，如何提高顆粒材料變形測(cè)量的精度與準(zhǔn)確度成為研究者研究的重點(diǎn)。同時(shí)，地震、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)其形成和發(fā)生過程進(jìn)行模擬和仿真對(duì)于預(yù)防災(zāi)害具有重要的研究?jī)r(jià)值

2、和實(shí)際意義。
　　基于數(shù)字圖像的巖土體變形測(cè)量是一種非接觸式的、全場(chǎng)性的測(cè)量與分析方法，主要包括三個(gè)步驟:相機(jī)標(biāo)定、圖像處理與分析以及數(shù)據(jù)可視化。本文對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(jìn)行圖像分析，為了解決基本的粒子圖像測(cè)速算法計(jì)算量大的問題，對(duì)于數(shù)碼相機(jī)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(jì)算，得到巖土變形的像素?cái)?shù)據(jù)，包括位移、速度以及應(yīng)變場(chǎng)。對(duì)數(shù)據(jù)采用亞像素?cái)M合方法將測(cè)量

3、精度提高到亞像素級(jí)別，過濾并平滑偽數(shù)據(jù)。其次，相機(jī)標(biāo)定的目的是建立像素坐標(biāo)系統(tǒng)中的點(diǎn)與對(duì)象坐標(biāo)系統(tǒng)中點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于后期的實(shí)際變形測(cè)量中。標(biāo)定方法有基本的線性標(biāo)定算法、二次多項(xiàng)式算法以及新提出的基于三層前饋型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的相機(jī)標(biāo)定技術(shù)，本文對(duì)三種標(biāo)定算法在性能上進(jìn)行了對(duì)比分析，并驗(yàn)證了新算法的有效性。本論文開發(fā)了一套完整實(shí)用的基于數(shù)字圖像的巖土體變形測(cè)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?cái)?shù)據(jù)，再根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)定

4、模型得到實(shí)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(chǎng)圖、等值線圖、速度向量量化圖等，進(jìn)行變形特性分析。系統(tǒng)允許用戶選擇感興趣的計(jì)算區(qū)域以減少計(jì)算量，提高有效計(jì)算;添加批處理功能，對(duì)整個(gè)變形過程進(jìn)行視頻演示。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)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(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　模擬自然災(zāi)害實(shí)質(zhì)上是對(duì)顆粒與顆粒、顆粒與墻之間的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行模擬。由于人們對(duì)于視覺的要求