一種基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數識別方法
【技術領域】
[0001] 本申請設及實驗力學中高溫測量技術領域，具體地說，設及一種基于仿射變換最 佳匹配圖像的熱力參數識別方法。
【背景技術】
[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變，得到彈性模量和泊 松比。對于熱膨脹系數主要通過升溫到預定值記錄應變來測量。傳統方法熱力參量必須分 開測量，需要重復升溫，工序繁瑣，成本高
[0003] 姚學鋒等于2012年發明的專利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的方法。但該方法需要第Ξ方數字圖像相關軟件支持 得到材料變形前后位移場應變場；需要具備專業知識人員構建虛位移場，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亟待提出。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本申請所要解決的技術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]為了解決上述技術問題，本申請有如下技術方案：
[0006] 一種基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數識別方法，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上選取標定區域，完成單位像素實際長度標定；
[0010] 在變形前的散斑圖像a上選取計算區域，W待測熱力參數為待優化量，設置迭代 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為剛體轉動，E為彈性模量，V為泊松比，α為熱膨脹 系數；
[0013] 對變形后的散斑圖像b進行仿射變換，得到構造變形前圖像C;
[0014] 匹配所述構造變形前圖像C與所述變形前的散斑圖像a,對待測熱力參數連續迭 代優化；設置終止迭代闊值，依據所述終止迭代闊值終止迭代，實現所述構造變形前圖像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、剛體轉動，一次同時識別出包括彈性模量、泊松比和熱膨脹 系數的熱力參數。
[0016]優選地，其中，所述對變形后的散斑圖像b進行仿射變換，得到構造變形前圖像C， 進一步為：
[0017] 依據W下方程對變形后的散斑圖像b進行仿射變換，得到構造變形前圖像C:
[00%] 其中，X和y為散斑點在變形后圖像b中的坐標，x^^和y^為散斑點在構造變形前 圖像C中的坐標，U和V為剛體平動，Ue和Ve為剛體轉動，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，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] 優選地，其中，所述匹配所述構造變形前圖像C與所述變形前的散斑圖像a,對待 測熱力參數連續迭代優化，進一步為：
[002引依據W下方程，匹配所述構造變形前圖像C與所述變形前的散斑圖像曰，對待測熱 力參數連續迭代優化：
[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
[0032] 化參數P第i個分量；Pw為第K+1次迭代優化參數值。
[0033] 優選地，其中，所述設置終止迭代闊值，進一步為：
[0034] 設置終止迭代相關系數闊值C。：
[0035]
[0036] |C(Pw)-C(Pk)I<C〇
[0037] 其中，C(PkJ為構造未變形圖像c與原始未變形圖像a第k+1次迭代相關系數；J(X% /)為構造未變形圖像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次迭代測量結果；C(pk)為第k次迭代構造變形前圖像C與原始變 形前圖像a相關系數；C(PkJ為第k+1次迭代構造變形前圖像C與原始變形前圖像a相關 系數；C。為終止迭代相關系數闊值。
[00測優選地，其中，所述測量并排除剛體平動、剛體轉動，一次同時識別出包括彈性模 量、泊松比和熱膨脹系數的熱力參數為：
[0039]P=Pk+i=扣，V，目，E，V，α]W W40] 其中，Ρ為待優化參數，Pw為第Κ+1次迭代優化參數值，U和V為剛體平動，Θ為 剛體轉動，E為彈性模量，V為泊松比，α為熱膨脹系數。
[0041] 優選地，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、雙遠屯、鏡頭、與光源顏色一致的單色光光學濾光片和CCD。
[0042] 與現有技術相比，本申請所述的方法，達到了如下效果：
[0043] 第一，與傳統熱力參數測量相比，本發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，降低了重復升溫成本。 W44] 第二，與專利CN103018111A相比，本發明不需要第S方數字圖像軟件的預處理散 斑圖即可得到位移場應變場。
[0045] 第Ξ，本發明操作簡便，只需要非專業人員輸入試件尺寸，實驗熱力載荷和迭代初 值，選取標定區域和計算區域，即可開始計算并輸出熱力參數識別結果。
[0046] 第四，本發明識別速度快。本發明將全部識別過程集成在數字圖像分析過程中，省 去第Ξ方軟件前處理和構建虛位移場等專業操作。
[0047] 第五，本發明考慮到熱力載荷加載過程中試件的剛體面內平動，轉動，能夠準確測 量并排除；使用雙遠屯、鏡頭，排除了剛體離面運動引起的誤差，減少了系統誤差種類。
【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，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0049] 圖1為本發明中基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數識別方法的流程圖；
[0050] 圖2為本發明中本發明中仿射變換最佳匹配圖像方法模型圖；
[0051] 圖3為本發明中仿射變換原理圖；
[0052] 圖4為本發明中標定區域、計算區域的選擇示意圖；
[0053] 圖5為本發明實施例3中基于仿射變換最佳匹配圖像的熱力參數識別方法的流程 圖。
【具體實施方式】
[0054] 如在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領域技術人員 應可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不W 名稱的差異來作為區分組件的方式，而是W組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在 通篇說明書及權利要求當中所提及的"包含"為一開放式用語，故應解釋成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差范圍內解決所 述技術問題，基本達到所述技術效果。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視所附權利要求所界定者為準。 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