基于dic的非接触式全场应变测量系统设计设计本科毕业设计（论文）基于dic的非接触式全场应变测量系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：电气工程学院系级教学单位：自动化仪表系摘要近几年来，用数字图像相关法测量变形已成为世人瞩目的测量方法，并且应用越来越广泛，自从2007年以来，国际上基于数字图像相关的方法（Digital Image Correlation,DIC）测量全场应变的技术已经被广泛应用于各种学科的研究，例如材料力学，断裂力学，微观纳米应变测量，各种新型材料测量等。
这种测量方法具有非接触性、应用广泛、精度较高、全场测量、数据采集简单、测量环境要求不高、易于实现自动化等优点。
伴随着各种高分辨率显微镜的出现，这种测量技术可以测量微米甚至纳米的变形，这样使其拥有了更加广泛的发展空间。
本论文凭借国内外在此领域的研究成果作为基础，针对这种方法的测量精度的问题，开展了仿真与实际实验研究，重点分析各种实验因素和外界的干扰对数字图像相关法的计算精度的影响。
仿真研究部分，用数值方法模拟从而生成散斑图样，分析了理想状态下散斑与相关计算对精度的影响。
借助仿真分析的结果作为基础，开展实际实验的验证，获的了得取最佳计算精度的实际参考值。
针对各种产生误差的原因进行分析，并且提出了消除误差或者抑制误差的方法和措施。
关键词数字图像相关法；应变和位移测量；测量精度；力传感AbstractIn recent years，with the digital image correlation method to measure the deformation has become a measurement method of world attention ，and more and more extensive application，since 2007，method based on digital image correlation（digital image correlation ，dic）of strain measurement technology has been widely used in many disciplines，such as mechanics of materials，fracture materials，micro nano strain measurement ，various new materials measurement etc，this method of measurement is non-contact，wide application，high precision，full-filled measurement，data collection is simple，measurement environmental requirements is not high，easy to realize automation etc.accompanied by a variety of high resolution microscopy，this measurement technique can be the deformation measurement of micron and nanometer，so it has more development space.The diploma by the domestic and foreign research results in this field as a basis for this method, the measurement accuracy of the problem, research on Simulation and actual experiment, influence the precision of calculating focuses on analysis of various experimental factors and external disturbance on digital image correlation method. The simulation study, simulation to generate the speckle pattern by using numerical method, analyzed the ideal speckle and related effects on the precision of calculation. By the simulation analysis result as the basis, to carry out verification experiments, the optimal calculation precision in practical reference value. To analyze the causes for various errors, and puts forward the methods and measures to eliminate the error or the suppression error.Keywords digital image correlation method; strain and displacement measurement; measuring accuracy; force sensor目录摘要 (I)Abstract..................................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)1.1 背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状及趋势 (2)1.3 本文的研究内容 (4)第2章数字图像相关法基本理 (5)2.1 数字图像相关法基本原理 (5)2.1.1 二维数字图像相关基本原理 (5)2.1.2 物体面内变形的表征 (6)2.1.3 相关标准 (7)2.2数字图像相关搜索方法 (9)2.3亚像素位移定位法 (11)2.3.1 灰度插值法 (12)2.3.2 相关系数拟合法 (13)2.4基于位移场的应变估计 (14)2.5 本章小结 (16)第3章基于仿真数字散斑图像的变形测量分析 (17)3.1 模拟散斑图的生成原理 (17)3.2于仿真散斑图的数字图像相关方法变形测量精度析 (19)3.2.1计算窗口大小对计算精度的影响 (19)3.2.2 散斑颗粒大小对计算精度的影响 (21)3.2.3 散斑颗粒数量对计算精度的影响 (23)3.2.4相关函数对计算精度的影响 (25)3.3.本章小结 (28)第4章数字图像相关变形测量实验研究及误差析 (29)4.1 随机散斑生成 (29)4.2 单向拉伸试验 (30)4.3 实验数据处理 (31)4.4 实验影响因素分析 (32)4.5 本章小结 (34)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (38)附录1 (39)附录2 (45)附录3 (52)附录4 (59)附录5 (65)第1章绪论1.1 背景和意义实自上世纪七十年代，光电子技术和数字图像技术的出现，特别是近年来CCD（Charge-coupled Device）摄像机、计算机软硬件及数字图象处理技术的飞速发展，使得数字图像相关(Digital ImageCorrelation ,DIC)法应运而生并得到广泛应用。
该方法最初是在上世纪八十年代初由美国南卡罗莱纳州大学（University of South Carolina）的Peter和Ranson提出的。
该大学的Sutton 教授是最早从事该方法的研究人员之一，并一直致力于数字图像相关方法的研究和应用，发表了一系列重要论文，推动了数字图像相关方法的发展，被公认为该研究领域的权威学者。
数字图像相关法是一种基于现代数字图像处理和分析技术的新型先进光测技术，它通过分析变形前后物体表面的数字图像来获取被测物体表面的变形信息。
数字图像相关法的本身特性决定了它有一些特殊优势：（1）实验设备和实验过程相对简单。
被测物体表面的散斑可以是人工喷制，也可以直接以物体表面的自然纹理作为实验标记；另外仅需要单个或两个固定的CCD，来拍摄被测物体表面变形前后的数字图像。
通过计算拍摄过程中得到的一组数字图像即可得到物体表面的变形信息。
（2）对光源光源和隔震条件要求不高。
直接使用白光或者自然光作为照明光源，不需要激光光源和隔振台，这样对测量环境的要求非常低，非常容易实现现场测量。