Разработка научных основ оптического метода оценки деформации нагруженных материалов

В настоящее время широкое распространение получил оптический метод оценки деформации, реализующий способ корреляции цифровых изображений, что позволяет исследовать процессы деформации и разрушения структурно-неоднородных материалов (металлов, сплавов, керамики, полимеров и т. п.), а также диагностировать состояние нагруженных деталей машин и элементов конструкций. Применение данного метода позволяет обеспечить высокую разрешающую способность и чувствительность, снять ряд ограничений по классу анализируемых объектов и материалов, снизить затраты на изготовление и эксплуатацию технических средств измерения. За последние несколько лет коллективом авторов настоящего проекта были получены важные результаты в области разработки оптического метода измерения деформации (на основе корреляции цифровых изображений). Полученные данные в совокупности с имеющимся заделом предлагается использовать для выполнения заявляемого проекта, ориентированного на достижение следующей целей: - Повышение точности и помехоустойчивости оптико-телевизионного метода оценки деформации путем разработки алгоритмического обеспечения и математических методов. - Разработка математических методов и алгоритмического обеспечения, обеспечивающих повышение быстродействия метода корреляции цифровых изображений. - Проведение систематических исследований, направленных на разработку научных основ оптического метода оценки состояния высоконагруженных деталей ответственного назначения при обработке видеопотоков данных с привлечением аппарата расчета на графических процессорах и алгоритмов трехмерного рекурсивного поиска. - Разработка алгоритмов обработки и фильтрации изображений широграмм для контроля состояния композиционных деталей и конструкций. Достижение обозначенных целей предполагает решение комплекса задач: - разработка инкрементного алгоритма определения перемещений на изображениях, характеризующихся заметными перемещениями (в применении к оценки частоты вибраций) и/или изменением рельефа (текстуры), и проведение сопоставительных исследований помехоустойчивости функционирования такого алгоритма при обработке серий модельных и экспериментально полученных оптических изображений; - адаптация, тестирование и исследование функционирования метода трехмерного рекурсивного поиска (3D recursive search - 3DRS) при построении векторов перемещений в задаче оценки деформации материалов; - разработка гибридного алгоритма построения векторных полей на основе трехмерного рекурсивного поиска и инкрементного алгоритма определения перемещений на изображениях. Исследования алгоритма 3DRS с целью определения оптимальных параметров его функционирования, а также использования иерархического подхода в комбинации с 3DRS; - повышение вычислительной эффективности алгоритмов обработки и анализа изображений вдостаточной степени для применения данных алгоритмов при обработке видеопотоков; - решить задачу автоматического выбора размера апертуры/площадки корреляции (subset size), содержащей достаточно уникальные и идентифицируемые особенности изображения для обеспечения надежного и точного определения смещений; - исследовать влияние шага сетки векторного поля на оценку деформации методом корреляции цифровых изображений; - разработка алгоритм фильтрации цифровых широграмм для дальнейшей оценки плоскостных и вне плоскостных деформаций объектов. Результаты исследований, полученные в рамках заявляемого проекта, будут положены в основу работ по разработке автоматизированной системы технического зрения для оценки перемещений и деформаций в нагруженных материалах, а также оценки их состояния в режиме реального времени. Применение такой системы позволит на качественно новом уровне исследовать механизмы разрушения материалов. Основной областью применения результатов исследований, заявляемых в данном проекте, представляется проведение контроля механического состояния деталей машин и элементов конструкции планера в авиации.