数字图像相关方法(DIC)是一种非接触式全场光学测量方法,在许多领域已被用于物体表面位移和应变的测量。传统的DIC全场应变测量通常使用高精度逐点局部位移场最小二乘法,但该方法对于旋转物体的应变测量仍存在显著误差。为此,在传统DIC应变计算方法的基础上,引入变形前后的旋转矩阵,提出一种考虑旋转的局部位移场最小二乘应变计算方法。该方法能够补偿由旋转引起的应变误差,从而实现任意旋转角度下应变的高精度测量。在模拟实验中,分别对多种旋转角度下的同一应变以及同一旋转角度下的不同应变进行测量,由两种实验应变测量获得的均方根误差(RMSE)平均值相对传统DIC方法分别为由0.00498降低到0.00011以及由0.00703降低到0.00027,两种实验结果均证明所提方法能较大程度地提高旋转条件下的应变测量精度。

为了测量手机跌落时的变形与应变, 基于数字图像相关法及双目立体视觉原理, 提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法, 并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中, 角度变化导致散斑匹配失败率高, 变形应变场缺损严重的问题, 利用高速相机高速采集图像, 并改进图像匹配方法, 采用顺序逐帧基准匹配, 保证了测量精度, 提高了应变场完整度。研制了光学测量系统, 设计了试验方案, 进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比, 对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明, 本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%, 其位移动态测量精度为0.42%, 应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求, 与传统测量方式相比有明显优势, 是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。