基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置，方法包括：制作散斑试件，将散斑试件固定在试验机上，采集原始散斑图像，通过试验机向散斑试件施加第一载荷，采集M幅第一散斑图像；计算位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；在原始散斑图像上选取待测范围；根据位移场计算应变梯度，自动将待测范围划分为第一区域至第N区域，分别计算第一区域至第N区域的弹塑性本构参数。通过计算应变梯度自动将待测范围划分为多个区域，能够在一次加载实验中自动完成待测范围的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测试等方法进行人工分区，简化非均质材料弹塑性本构参数测量的过程。

权利要求

1.一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，包括：制作散斑试件，所述散斑试件包括散斑标记点；

将所述散斑试件固定在试验机上，采集所述散斑试件变形前的原始散斑图像，通过所述试验机向所述散斑试件施加第一载荷，采集所述散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑图像，所述弹塑性段包括弹性阶段和塑性阶段，M为正整数；

根据所述原始散斑图像和M幅所述第一散斑图像计算所述散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；

在所述原始散斑图像上选取待测范围；

根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将所述待测范围划分为多个区域，多个所述区域包括第一区域至第N区域；

依次选定所述第一区域至所述第N区域，按照以下方法分别得到所述第一区域至所述第N区域的弹塑性本构参数：

选定待测区域，以所述散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义所述待测区域的迭代初始值pi,0：pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，其中，pi,0为所述迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；

根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像代入所述目标函数对所述待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新所述待测区域的弹塑性本构参数校正值；

若所述目标函数或所述校正修改量满足所述终止迭代条件，将所述弹塑性本构参数校正值作为所述待测区域的弹塑性本构参数输出。

2.根据权利要求1所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，所述根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像，包括，在所述弹性阶段内，按照以下方法对所述第二散斑图像进行时序仿射变换：x2(t)＝x1(t)+UFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+Uθ+U,y2(t)＝y1(t)+VFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+Vθ+V,其中，x1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的横坐标，y1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的纵坐标，UFe为由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形，VFe为由载荷产生的沿纵轴方向上的弹性变形，E为所述弹性模量，v为所述泊松比，F(t)为第t时刻的载荷，Uθ为刚体转动沿横轴方向上的位移分量，Vθ为刚体转动沿纵轴方向上的位移分量，U为沿横轴方向上的刚体平动，V为沿纵轴方向上的刚体平动，x2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的横坐标，y2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的纵坐标。

3.根据权利要求1所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，所述根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像，包括，在所述塑性阶段内，按照以下方法对所述第二散斑图像进行时序仿射变换：x2(t)＝x1(t)+UFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+UFp(A,B,n,F(t),x1(t),y1(t))+Uθ+U,y2(t)＝y1(t)+VFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+VFp(A,B,n,F(t),x1(t),y1(t))+Vθ+V,其中，x1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的横坐标，y1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的纵坐标，UFe为由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形，VFe为由载荷产生的沿纵轴方向上的弹性变形，E为所述弹性模量，v为所述泊松比，F(t)为第t时刻的载荷，UFp为由载荷产生的沿横轴方向上的塑性变形，VFp为所述由载荷产生的沿纵轴方向上的塑性变形，A为所述屈服强度，B为所述硬化系数，n为所述硬化指数，Uθ为刚体转动沿横轴方向上的位移分量，Vθ为刚体转动沿纵轴方向上的位移分量，U为沿横轴方向上的刚体平动，V为沿纵轴方向上的刚体平动，x2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的横坐标，y2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的纵坐标。

4.根据权利要求1所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，所述构建目标函数，按照以下方法计算：其中，(x2,y2)∈Ωi，(x0,y0)∈Ωi，(x0,y0)为原始散斑图像中点的坐标，(x2,y2)为第三散斑图像中与(x0,y0)对应的点的坐标，0

5.根据权利要求4所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，所述将M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像代入所述目标函数对所述待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新所述待测区域的弹塑性本构参数校正值，按照以下方法计算：

pi,k+1＝pi,k+Δpi,k,其中，pi,k+1为第k+1次所述待测区域的弹塑性本构参数校正值，pi,k为第k次所述待测区域的弹塑性本构参数校正值，Δpi,k为第k次校正修改量；

‑1

Δpi,k＝‑H(pi,k) J(pi,k)，其中，J(pi,k)为C(pi,k)的一阶偏导，H(pi,k)为C(pi,k)的二阶偏导；

T

H(pi,k)＝J(pi,k) J(pi,k)，T

其中，J(pi,k) 为J(pi,k)的转置矩阵；

其中，ξ为小量，C(pi,k)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k次迭代时的差异值。

6.根据权利要求5所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，所述设定终止迭代条件，按照以下方法设定：‑5

‖C(pi,k+1)‑C(pi,k)‖≤10 ,其中，C(pi,k+1)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k+1次迭代时的差异值，C(pi,k)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k次迭代时的差异值；

或者，按照以下方法设定：

‑3

‖Δpi,k‖≤10 ，

其中，Δpi,k为第k次校正修改量。

7.根据权利要求1所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，其特征在于，所述根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将所述待测范围划分为多个区域，包括，

采用所述待测范围均处于所述塑性阶段的所述第一散斑图像，所述待测范围内的应变梯度包括所述待测范围内的应变、应变一阶导数和应变二阶导数，以所述应变二阶导数的正负变化处为区域边界将所述待测范围自动划分为多个所述区域。

8.一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演装置，其特征在于，包括，图像采集模块，所述图像采集模块与位移场计算模块耦接，用于采集散斑试件变形前的原始散斑图像和采集所述散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑图像并传输至所述位移场计算模块，M为正整数；

所述位移场计算模块，分别与所述图像采集模块、待测范围选取模块耦接，用于根据所述原始散斑图像和M幅所述第一散斑图像计算所述散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像并传输至所述待测范围选取模块；

所述待测范围选取模块，分别与所述位移场计算模块、区域划分模块耦接，用于在所述原始散斑图像上选取待测范围并传输至所述区域划分模块；

所述区域划分模块，分别与所述待测范围选取模块、区域弹塑性本构参数计算模块耦接，用于根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将所述待测范围划分为多个区域并传输至所述区域弹塑性本构参数计算模块，多个所述区域包括第一区域至第N区域；

所述区域弹塑性本构参数计算模块，与所述区域划分模块耦接，用于依次选定所述第一区域至所述第N区域，按照以下方法分别得到所述第一区域至所述第N区域的弹塑性本构参数：

选定待测区域，以所述散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义所述待测区域的迭代初始值pi,0：pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，其中，pi,0为所述迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；

根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像代入所述目标函数对所述待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新所述待测区域的弹塑性本构参数校正值；

若所述目标函数或所述校正修改量满足所述终止迭代条件，将所述弹塑性本构参数校正值作为所述待测区域的弹塑性本构参数输出。

说明书

基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及实验力学中光学测量技术领域，更具体地，涉及一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置。

背景技术

[0002] 在经典的参数反演方法中，试件通常是均质材料，即待测试件全部区域的材料参数是一致的。但是在实际应用中，试件不同区域的材料属性可能存在差别，比如焊接材料
等。目前，申请公布号为CN102778403A的专利提出一种焊缝材料参数识别方法，该方法首先
需要依据硬度试验结果对材料进行分区，再进行拉伸试验，采用数字图像相关技术设备获
取拉伸试件各区实时全场主、次应变值；根据所获得的硬度值和主、次应变值，通过塑性力
学公式计算得到焊缝各区的材料参数，并结合有限元仿真验证准确性。申请公布号为
CN102288499A提出一种识别焊缝不同区域材料静态力学性能参数的检测方法，该方法根据
压痕试验有限元数值模型的模拟结果与对应的实验结果，形成焊缝不同区域处的目标响应
函数优化数学模型；结合优化遗传算法,对所选的目标响应函数进行迭代，从而求出焊缝不
同区域的静态力学性能参数。申请公布号为CN108281193A提出一种股骨头力学仿真模拟模
型处理方法，该方法通过密度值将股骨头非均质材料仿真模拟单元均等划分为多个部分，
对股骨头仿真模拟单元采用压缩线性强化弹塑性本构和拉伸线性强化弹塑性本构。对仿真
结果进行提取和分析，得到压缩屈服点的应变、拉伸屈服点的应变和拉伸断裂点的应变。但
现有的方法对于非均质材料参数测量存在实验过程复杂，需要人工分区，获取的材料参数
不够全面，只利用一个时刻位移场变形信息导致精度较低等问题。

[0003] 因此，提供一种能够快速而精确地对非均质材料自动分区的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置是亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，包括：

[0005] 制作散斑试件，所述散斑试件包括散斑标记点；

[0006] 将所述散斑试件固定在试验机上，采集所述散斑试件变形前的原始散斑图像，通过所述试验机向所述散斑试件施加第一载荷，采集所述散斑试件在弹塑性段内的变形过程
中的M幅第一散斑图像，所述弹塑性段包括弹性阶段和塑性阶段，M为正整数；

[0007] 根据所述原始散斑图像和M幅所述第一散斑图像计算所述散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；

[0008] 在所述原始散斑图像上选取待测范围；

[0009] 根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将所述待测范围划分为多个区域，多个所述区域包括第一区域至第N区域；

[0010] 依次选定所述第一区域至所述第N区域，按照以下方法分别得到所述第一区域至所述第N区域的弹塑性本构参数：

[0011] 选定待测区域，以所述散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义所述待测区域的迭代初始值pi,0：

[0012] pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，

[0013] 其中，pi,0为所述迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；

[0014] 根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

[0015] 构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像代入所述目标函数对所述待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量
更新所述待测区域的弹塑性本构参数校正值；

[0016] 若所述目标函数或所述校正修改量满足所述终止迭代条件，将所述弹塑性本构参数校正值作为所述待测区域的弹塑性本构参数输出。

[0017] 优选地，所述根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像，包括，

[0018] 在所述弹性阶段内，按照以下方法对所述第二散斑图像进行时序仿射变换：

[0019] x2(t)＝x1(t)+UFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+Uθ+U,

[0020] y2(t)＝y1(t)+VFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+Vθ+V,

[0021] 其中，x1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的横坐标，y1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的纵坐标，UFe为由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形，VFe
为由载荷产生的沿纵轴方向上的弹性变形，E为所述弹性模量，v为所述泊松比，F(t)为第t
时刻的载荷，Uθ为刚体转动沿横轴方向上的位移分量，Vθ为刚体转动沿纵轴方向上的位移分
量，U为沿横轴方向上的刚体平动，V为沿纵轴方向上的刚体平动，x2(t)为所述散斑标记点
在所述第三散斑图像中的横坐标，y2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的纵坐
标。

[0022] 优选地，所述根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像，包括，

[0023] 在所述塑性阶段内，按照以下方法对所述第二散斑图像进行时序仿射变换：

[0024] x2(t)＝x1(t)+UFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+UFp(A,B,n,F(t),x1(t),y1(t))+Uθ+U,

[0025] y2(t)＝y1(t)+VFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+VFp(A,B,n,F(t),x1(t),y1(t))+Vθ+V,

[0026] 其中，x1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的横坐标，y1(t)为所述散斑标记点在所述第二散斑图像中的纵坐标，UFe为由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形，VFe
为由载荷产生的沿纵轴方向上的弹性变形，E为所述弹性模量，v为所述泊松比，F(t)为第t
时刻的载荷，UFp为由载荷产生的沿横轴方向上的塑性变形，VFp为所述由载荷产生的沿纵轴
方向上的塑性变形，A为所述屈服强度，B为所述硬化系数，n为所述硬化指数，Uθ为刚体转动
沿横轴方向上的位移分量，Vθ为刚体转动沿纵轴方向上的位移分量，U为沿横轴方向上的刚
体平动，V为沿纵轴方向上的刚体平动，x2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的
横坐标，y2(t)为所述散斑标记点在所述第三散斑图像中的纵坐标。

[0027] 优选地，所述构建目标函数，按照以下方法计算：

[0028]

[0029] 其中，(x2,y2)∈Ωi，(x0,y0)∈Ωi，(x0,y0)为原始散斑图像中点的坐标，(x2,y2)为第三散斑图像中与(x0,y0)对应的点的坐标，0构参数校正值，C(pi,k)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k次迭代时的差异
值，f((x0,y0),0)为所述原始散斑图像的灰度值分布，g((x2,y2),t)为第t时刻所述第三散
斑图像的灰度值分布，Ωi为第i区域，S为时间段。

[0030] 优选地，所述将M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像代入所述目标函数对所述待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新所述待测区域的
弹塑性本构参数校正值，按照以下方法计算：

[0031] pi,k+1＝pi,k+Δpi,k,

[0032] 其中，pi,k+1为第k+1次所述待测区域的弹塑性本构参数校正值，pi,k为第k次所述待测区域的弹塑性本构参数校正值，Δpi,k为第k次校正修改量；

[0033] Δpi,k＝‑H(pi,k)‑1J(pi,k)，

[0034] 其中，J(pi,k)为C(pi,k)的一阶偏导，H(pi,k)为C(pi,k)的二阶偏导；

[0035] H(pi,k)＝J(pi,k)TJ(pi,k)，

[0036] 其中，J(pi,k)T为J(pi,k)的转置矩阵；

[0037]

[0038] 其中，ξ为小量，C(pi,k)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k次迭代时的差异值。

[0039] 优选地，所述设定终止迭代条件，按照以下方法设定：

[0040] ‖C(pi,k+1)‑C(pi,k)‖≤10‑5,

[0041] 其中，C(pi,k+1)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k+1次迭代时的差异值，C(pi,k)为M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像的第k次迭代时的差异值；

[0042] 或者，按照以下方法设定：

[0043] ‖Δpi,k‖≤10‑3，

[0044] 其中，Δpi,k为第k次校正修改量。

[0045] 优选地，所述根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将所述待测范围划分为多个区域，包括，

[0046] 采用所述待测范围均处于所述塑性阶段的所述第一散斑图像，所述待测范围内的应变梯度包括所述待测范围内的应变、应变一阶导数和应变二阶导数，以所述应变二阶导
数的正负变化处为区域边界将所述待测范围自动划分为多个所述区域。

[0047] 本发明提供了一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演装置，包括，

[0048] 图像采集模块，所述图像采集模块与位移场计算模块耦接，用于采集散斑试件变形前的原始散斑图像和采集所述散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑图像
并传输至所述位移场计算模块，M为正整数；

[0049] 所述位移场计算模块，分别与所述图像采集模块、待测范围选取模块耦接，用于根据所述原始散斑图像和M幅所述第一散斑图像计算所述散斑试件在变形过程中的位移场，
排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像并传输至所述待测范围选取模
块；

[0050] 所述待测范围选取模块，分别与所述位移场计算模块、区域划分模块耦接，用于在所述原始散斑图像上选取待测范围并传输至所述区域划分模块；

[0051] 所述区域划分模块，分别与所述待测范围选取模块、区域弹塑性本构参数计算模块耦接，用于根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将
所述待测范围划分为多个区域并传输至所述区域弹塑性本构参数计算模块，多个所述区域
包括第一区域至第N区域；

[0052] 所述区域弹塑性本构参数计算模块，与所述区域划分模块耦接，用于依次选定所述第一区域至所述第N区域，按照以下方法分别得到所述第一区域至所述第N区域的弹塑性
本构参数：

[0053] 选定待测区域，以所述散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义所述待测区域的迭代初始值pi,0：

[0054] pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，

[0055] 其中，pi,0为所述迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；

[0056] 根据所述迭代初始值和实验边界条件，在所述待测区域内分别对M幅所述第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

[0057] 构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅所述第三散斑图像和所述原始散斑图像代入所述目标函数对所述待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量
更新所述待测区域的弹塑性本构参数校正值；

[0058] 若所述目标函数或所述校正修改量满足所述终止迭代条件，将所述弹塑性本构参数校正值作为所述待测区域的弹塑性本构参数输出。

[0059] 与现有技术相比，本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置，至少实现了如下的有益效果：

[0060] 1、本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置中根据位移场计算待测范围内的应变梯度，根据应变梯度自动将待测范围划分为多个区域，能够
在一次加载实验中自动完成待测范围的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测试等方法
进行人工分区，简化非均质材料弹塑性本构参数测量的过程。

[0061] 2、本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置中将M幅第三散斑图像各区域灰度分布和原始散斑图像对应区域灰度分布代入目标函数对待测弹
塑性本构参数进行迭代优化，与从数字图像相关技术得到的应变场计算材料参数相比，能
够有效降低随机噪声对非均质材料弹塑性本构参数反演的影响，提高非均质材料弹塑性本
构参数反演结果的精度。

[0062] 3、本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置能够通过一次实验同时得到包括弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化系数和硬化指数的待测区域的
多个弹塑性本构参数。

[0063] 当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

[0064] 通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

[0065] 被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

[0066] 图1是本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法的一种实施例的流程图；

[0067] 图2是本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法的另一种实施例的流程图；

[0068] 图3是本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演装置的一种实施例的结构图；

[0069] 图4是铝合金搅拌摩擦焊待测试件的结构示意图；

[0070] 图5是反演应力应变曲线与局部化数字图像相关技术DIC方法计算结果对比图；

[0071] 301‑图像采集模块，302‑位移场计算模块，303‑待测范围选取模块，304‑区域划分模块，305‑区域弹塑性本构参数计算模块。

具体实施方式

[0072] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本
发明的范围。

[0073] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

[0074] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

[0075] 在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

[0076] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

[0077] 实施例1

[0078] 以下结合图1说明本发明所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法的一种具体的实施例，包括：

[0079] S11：制作散斑试件，散斑试件包括散斑标记点；

[0080] S12：将散斑试件固定在试验机上，采集散斑试件变形前的原始散斑图像，通过试验机向散斑试件施加第一载荷，采集散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑
图像，弹塑性段包括弹性阶段和塑性阶段，M为正整数；

[0081] 当外力小于弹性极限荷载时，在引起变形的外力卸除后，试件能完全恢复原来的形状，这种能恢复的变形称为弹性变形，试件只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段；当外力
一旦超过弹性极限荷载时，这时再卸除荷载，试件也不能恢复原状，其中有一部分不能消失
的变形被保留下来，这种保留下来的永久变形就称为塑性变形，这一阶段称为塑性阶段。

[0082] S13：根据原始散斑图像和M幅第一散斑图像计算散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；

[0083] 在步骤S13中，采用二维数字图像校正软件(Ncorr)计算散斑试件在变形过程中的位移场，二维数字图像校正软件(Ncorr)是一个开源的2D数字图像相关的MATLAB程序。

[0084] S14：在原始散斑图像上选取待测范围；

[0085] 在步骤S14中，选取待测范围可以随机选择，也可以指定原始散斑图像中具有研究价值的区域为待测范围。

[0086] S15：根据位移场计算待测范围内的应变梯度，根据应变梯度自动将待测范围划分为多个区域，多个区域包括第一区域至第N区域，能够在一次加载实验中自动完成待测范围
的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测试等方法进行人工分区，简化非均质材料弹塑
性本构参数测量的过程。

[0087] 在步骤S15中，采用待测范围均处于塑性阶段的第一散斑图像，待测范围内的应变梯度包括待测范围内的应变、应变一阶导数和应变二阶导数，以应变二阶导数的正负变化
处为区域边界将待测范围划分为多个区域。

[0088] S16：依次选定第一区域至第N区域，按照以下方法分别得到第一区域至第N区域的弹塑性本构参数：

[0089] S161：选定待测区域，以散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义待测区域的迭代初始值pi,0：

[0090] pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，

[0091] 其中，pi,0为迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；能够通过一次实验同时得到包括弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化系数和硬
化指数的待测区域的多个弹塑性本构参数。

[0092] S162：根据迭代初始值和实验边界条件，在待测区域内分别对M幅第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

[0093] S163：构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅第三散斑图像和原始散斑图像代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新待测区
域的弹塑性本构参数校正值；将M幅第三散斑图像各区域灰度分布和原始散斑图像对应区
域灰度分布代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，与从数字图像相关技术得
到的应变场计算材料参数相比，能够有效降低随机噪声对非均质材料弹塑性本构参数反演
的影响，提高非均质材料弹塑性本构参数反演结果的精度。

[0094] 在步骤S163中，在迭代过程中采用牛顿迭代法(Newton‑Raphson)更新迭代值。

[0095] S164：若目标函数或校正修改量满足终止迭代条件，将弹塑性本构参数校正值作为待测区域的弹塑性本构参数输出。

[0096] 实施例2

[0097] 以下结合图2说明本发明所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法的另一种具体的实施例，包括：

[0098] S21：制作散斑试件，散斑试件包括散斑标记点；

[0099] 在步骤S21中，制作散斑试件按照以下方式制作：

[0100] 在待测试件上均匀喷洒白漆作为白色基底，待白漆干燥成膜，利用黑漆在白色基底上均匀喷涂黑色散斑。

[0101] S22：将散斑试件固定在试验机上，采集散斑试件变形前的原始散斑图像，通过试验机向散斑试件施加第一载荷，采集散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑
图像，弹塑性段包括弹性阶段和塑性阶段，M为正整数；

[0102] 当外力小于弹性极限荷载时，在引起变形的外力卸除后，试件能完全恢复原来的形状，这种能恢复的变形称为弹性变形，试件只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段；当外力
一旦超过弹性极限荷载时，这时再卸除荷载，试件也不能恢复原状，其中有一部分不能消失
的变形被保留下来，这种保留下来的永久变形就称为塑性变形，这一阶段称为塑性阶段。

[0103] S23：根据原始散斑图像和M幅第一散斑图像计算散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；

[0104] 在步骤S23中，采用二维数字图像校正软件(Ncorr)计算散斑试件在变形过程中的位移场，二维数字图像校正软件(Ncorr)是一个开源的2D数字图像相关的MATLAB程序。

[0105] S24：根据散斑试件确定像素长度，在原始散斑图像上完成单位像素标定；

[0106] 在步骤S24中，根据散斑试件确定像素长度即确定比例尺，能够等比例反映出散斑试件的特性，标定的结果将用于步骤S272中仿射变换的实验边界条件的构建中。

[0107] S25：在原始散斑图像上选取待测范围；

[0108] 在步骤S25中，选取待测范围可以随机选择，也可以指定原始散斑图像中具有研究价值的区域为待测范围。

[0109] S26：根据位移场计算待测范围内的应变梯度，根据应变梯度自动将待测范围划分为多个区域，多个区域包括第一区域至第N区域，能够在一次加载实验中自动完成待测范围
的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测试等方法进行人工分区，简化非均质材料弹塑
性本构参数测量的过程。

[0110] 在步骤S26中，在两种串联材料边界处，位移是分段拐点，应变是渐变中点，应变一阶导数是极值点，应变二阶导数等于0，可根据需要选择划分区域的依据，在本实施例的步
骤S26中采用应变二阶导数作为划分区域的依据。

[0111] 具体为，采用待测范围均处于塑性阶段的第一散斑图像，待测范围内的应变梯度包括待测范围内的应变、应变一阶导数和应变二阶导数，以应变二阶导数的正负变化处为
区域边界将待测范围划分为多个区域。

[0112] S27：依次选定第一区域至第N区域，按照以下方法分别得到第一区域至第N区域的弹塑性本构参数：

[0113] S271：选定待测区域，以散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义待测区域的迭代初始值pi,0：

[0114] pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，

[0115] 其中，pi,0为迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；能够通过一次实验同时得到包括弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化系数和硬
化指数的待测区域的多个弹塑性本构参数。

[0116] S272：根据迭代初始值和实验边界条件，在待测区域内分别对M幅第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

[0117] 由于弹塑性段包括弹性阶段和塑性阶段，在分别对M幅第二散斑图像进行时序仿射变换时应根据第二散斑图像位于弹性阶段或是位于塑性阶段分别讨论；

[0118] 若在弹性阶段内，按照以下方法对第二散斑图像进行时序仿射变换：

[0119] x2(t)＝x1(t)+UFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+Uθ+U,

[0120] y2(t)＝y1(t)+VFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+Vθ+V,

[0121] 其中，x1(t)为散斑标记点在第二散斑图像中的横坐标，y1(t)为散斑标记点在第二散斑图像中的纵坐标，UFe为由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形，VFe为由载荷产生的沿
纵轴方向上的弹性变形，E为弹性模量，v为泊松比，F(t)为第t时刻的载荷，Uθ为刚体转动沿
横轴方向上的位移分量，Vθ为刚体转动沿纵轴方向上的位移分量，U为沿横轴方向上的刚体
平动，V为沿纵轴方向上的刚体平动，x2(t)为散斑标记点在第三散斑图像中的横坐标，y2(t)
为散斑标记点在第三散斑图像中的纵坐标。

[0122] 若在塑性阶段内，按照以下方法对第二散斑图像进行时序仿射变换：

[0123] x2(t)＝x1(t)+UFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+UFp(A,B,n,F(t),x1(t),y1(t))+Uθ+U,

[0124] y2(t)＝y1(t)+VFe(E,v,F(t),x1(t),y1(t))+VFp(A,B,n,F(t),x1(t),y1(t))+Vθ+V,

[0125] 其中，x1(t)为散斑标记点在第二散斑图像中的横坐标，y1(t)为散斑标记点在第二散斑图像中的纵坐标，UFe为由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形，VFe为由载荷产生的沿
纵轴方向上的弹性变形，E为弹性模量，v为泊松比，F(t)为第t时刻的载荷，UFp为由载荷产生
的沿横轴方向上的塑性变形，VFp为由载荷产生的沿纵轴方向上的塑性变形，A为屈服强度，B
为硬化系数，n为硬化指数，Uθ为刚体转动沿横轴方向上的位移分量，Vθ为刚体转动沿纵轴方
向上的位移分量，U为沿横轴方向上的刚体平动，V为沿纵轴方向上的刚体平动，x2(t)为散
斑标记点在第三散斑图像中的横坐标，y2(t)为散斑标记点在第三散斑图像中的纵坐标。

[0126] 在步骤S272中，在对M幅第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像的过程中还包括，排除刚体转动沿横轴方向上的位移Uθ、刚体转动沿
纵轴方向上的位移Vθ、沿沿横轴方向上的刚体平动U和沿纵轴方向上的刚体平动V，按照以
下方法计算：

[0127] 在实验过程中，根据灰度不变假设，散斑试件的散斑标记点被动地跟随散斑试件变形而发生形变，且散斑标记点的变形场在空间和时间上都具有连续性，因此变形前后的
散斑图像的灰度满足：

[0128]

[0129]

[0130]

[0131] 其中， 为原始散斑图像在横轴方向上的灰度分布，为图像坐标，x为图像横坐标，y为图像纵坐标， 为第t时刻的散斑试件的位移场， 为位移的坐标，u′为散
斑试件的位移场的横坐标，v′为散斑试件的位移场的纵坐标， 为随机噪声导致的残
差， 为构造变形前的第三散斑图像的灰度分布。

[0132] 散斑试件位移场由加载边界条件及材料参数控制。边界条件为单轴拉伸的加载方式，材料参数为不同区域的弹塑性本构参数。

[0133] 在第i个区域中，

[0134]

[0135] 其中， 也为位移的坐标，εxx为横轴方向上的应变，εyy为纵轴方向上的应变，纵轴方向为拉伸方向，u0为横轴方向上的刚体位移，v0为纵轴方向上的刚体位移，通过数字图
像相关方法能够求出加载过程中的刚体位移。

[0136] 根据胡克定律，在弹性阶段内，应变满足：

[0137]

[0138]

[0139] 其中，E为弹性模量，v为泊松比，σ为应力， 纵轴方向弹性应变， 为沿横轴方向弹性应变。

[0140] 根据Johnson‑Cook本构模型，在塑性阶段内应该满足：

[0141]

[0142]

[0143] 其中，σ为应力，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数， 为沿纵轴方向上的塑性应变， 为沿横轴方向上的塑性应变。

[0144] 在单轴拉伸过程中，满足：

[0145]

[0146] S(t)＝S0exp(‑Sεyy),

[0147] 其中，σ(t)为t时刻的应力，F(t)为t时刻的载荷，S(t)为t时刻试件截面积，S0为原始试件截面积。

[0148] 根据上述公式能够分别求出由载荷产生的沿横轴方向上的弹性变形UFe、由载荷产生的沿纵轴方向上的弹性变形VFe、由载荷产生的沿横轴方向上的塑性变形UFp和由载荷产
生的沿纵轴方向上的塑性变形VFp，排除刚体平动和刚体转动的影响，完成散斑标记点在构
造变形前的第三散斑图像中的坐标的求解，完成从第t0时刻至第t时刻内的每个时刻的第
二散斑图像到构造变形前的第三散斑图像的仿射变换。

[0149] S273：构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅第三散斑图像和原始散斑图像代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新待测区
域的弹塑性本构参数校正值；

[0150] 在步骤S273中，构建目标函数，按照以下方法计算：

[0151]

[0152] 其中，(x2,y2)∈Ωi，(x0,y0)∈Ωi，(x0,y0)为原始散斑图像中点的坐标，(x2,y2)为第三散斑图像中与(x0,y0)对应的点的坐标，0数校正值，C(pi,k)为M幅第三散斑图像和原始散斑图像的第k次迭代时的差异值，f((x0,y0),
0)为原始散斑图像的灰度值分布，g((x2,y2),t)为第t时刻第三散斑图像的灰度值分布，Ωi
为第i区域，S为时间段。

[0153] 当pi,k不同时，仿射变换中对M幅第二散斑图像施加的位移场会不同，所以构造出的第三散斑图像的灰度分布就会不同。

[0154] 在步骤S273中，设定终止迭代条件，按照以下方法设定：

[0155] ‖C(pi,k+1)‑C(pi,k)‖≤10‑5,

[0156] 其中，C(pi,k)为M幅第三散斑图像和原始散斑图像的第k+1次迭代时的差异值，C(pi,k)为M幅第三散斑图像和原始散斑图像的第k次迭代时的差异值。

[0157] 或者，按照以下方法设定：

[0158] ‖Δpi,k‖≤10‑3，

[0159] 其中，Δpi,k为第k次校正修改量。

[0160] 可根据需求选择迭代终止条件，这里并不做限定。

[0161] 在步骤S273中，将M幅第三散斑图像和原始散斑图像代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新待测区域的弹塑性本构参数校正
值，按照以下方法计算：

[0162] pi,k+1＝pi,k+Δpi,k,

[0163] 其中，pi,k+1为第k+1次待测区域的弹塑性本构参数校正值，pi,k为第k次待测区域的弹塑性本构参数校正值，Δpi,k为第k次校正修改量；

[0164] Δpi,k＝‑H(pi,k)‑1J(pi,k)，

[0165] 其中，J(pi,k)为C(pi,k)的一阶偏导，H(pi,k)为C(pi,k)的二阶偏导；

[0166] H(pi,k)＝J(pi,k)TJ(pi,k)，

[0167] 其中，J(pi,k)T为J(pi,k)的转置矩阵；

[0168]

[0169] 其中，ξ为小量，C(pi,k)为M幅第三散斑图像和原始散斑图像的第k次迭代时的差异值。

[0170] 可选地，在计算C(pi,k)的一阶偏导时，也可以选择按照以下方法计算：

[0171]

[0172] 其中，J(pi,k)为雅可比(Jacobian)矩阵，对应C(pi,k)的一阶偏导，C(pi,k)为M幅第三散斑图像和原始散斑图像的第k次迭代时的差异值，pi,k为第k次待测区域的弹塑性本构
参数校正值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数，T为转置
符号。

[0173] 将M幅第三散斑图像和原始散斑图像代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，能够有效降低随机噪声对非均质材料弹塑性本构参数反演的影响，提高非均质材
料弹塑性本构参数反演结果的精度。

[0174] 在步骤S273中，在迭代过程中采用牛顿迭代法(Newton‑Raphson)更新迭代值。

[0175] S274：若目标函数或校正修改量满足终止迭代条件，将弹塑性本构参数校正值作为待测区域的弹塑性本构参数输出。

[0176] 以下结合图3说明本发明所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演装置的一种具体的实施例。

[0177] 实施例3

[0178] 此为本发明所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演装置的一种具体的实施例，包括，

[0179] 图像采集模块301，图像采集模块301与位移场计算模块302耦接，用于采集散斑试件变形前的原始散斑图像和采集散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑图像
并传输至位移场计算模块302，M为正整数；

[0180] 位移场计算模块302，分别与图像采集模块301、待测范围选取模块303耦接，用于根据原始散斑图像和M幅第一散斑图像计算散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平
动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像并传输至待测范围选取模块303；

[0181] 待测范围选取模块303，分别与位移场计算模块302、区域划分模块304耦接，用于在原始散斑图像上选取待测范围并传输至区域划分模块304；

[0182] 区域划分模块304，分别与待测范围选取模块303、区域弹塑性本构参数计算模块305耦接，用于根据位移场计算待测范围内的应变梯度，根据应变梯度自动将待测范围划分
为多个区域并传输至区域弹塑性本构参数计算模块305，多个区域包括第一区域至第N区
域，能够在一次加载实验中自动完成待测范围的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测
试等方法进行人工分区，简化非均质材料弹塑性本构参数测量的过程。

[0183] 区域弹塑性本构参数计算模块305，与区域划分模块304耦接，用于依次选定第一区域至第N区域，按照以下方法分别得到第一区域至第N区域的弹塑性本构参数：

[0184] 选定待测区域，以散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义待测区域的迭代初始值pi,0：

[0185] pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，

[0186] 其中，pi,0为迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；能够通过一次实验同时得到包括弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化系数和硬
化指数的待测区域的多个弹塑性本构参数。

[0187] 根据迭代初始值和实验边界条件，在待测区域内分别对M幅第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

[0188] 构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅第三散斑图像和原始散斑图像代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新待测区域的弹
塑性本构参数校正值；将M幅第三散斑图像各区域灰度分布和原始散斑图像对应区域灰度
分布代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，与从数字图像相关技术得到的应
变场计算材料参数相比，能够有效降低随机噪声对非均质材料弹塑性本构参数反演的影
响，提高非均质材料弹塑性本构参数反演结果的精度。

[0189] 若目标函数或校正修改量满足终止迭代条件，将弹塑性本构参数校正值作为待测区域的弹塑性本构参数输出。

[0190] 当第k次迭代时，目标函数或校正修改量满足终止迭代条件，按照以下方法输出：

[0191] P＝pi,k＝[E,v,A,B,n]i,k,

[0192] P为待测区域的弹塑性本构参数，pi,k为第k次待测区域的弹塑性本构参数校正值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数。

[0193] 实施例4

[0194] 结合图4和图5说明本发明所述的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法的另一种具体的实施例，包括：

[0195] 本实施例以搅拌摩擦焊为例，通过显微组织观测，通常搅拌摩擦焊接头附近根据微观结果可以分为焊核区(weld nugget)，热机影响区(thermo‑mechanical affect 
zone)，热影响区(heat‑affect zone)。母材、焊核区、热机影响区和热影响区的力学性能也
各不相同。母材是在焊接工程中被焊接的材料，母材不受焊接影响。受焊接工艺等影响，焊
缝三个分区力学性能与母材存在明显差别。本实施例以拉伸实验中的位移场作为材料分区
的依据，结合时序集成图像相关算法，通过仿射最佳匹配完成弹塑性本构参数分布识别。

[0196] 本实施例采用的搅拌摩擦焊的材料为铝合金6061T6，板厚3mm，模量60MPa，屈服强度250MPa，搅拌摩擦焊的工艺参数如表1所示：

[0197] 表1

[0198] 焊接速度 转速 轴肩 针长 压入量 倾角300mm/min 1200rpm 10mm 2.8mm 2.8mm 2.5°

[0199] 将搅拌摩擦焊制作成待测试件，在待测试件上均匀喷洒白漆作为白色基底，待白漆干燥成膜，利用黑漆在白色基底上均匀喷涂黑色散斑，制成散斑试件。

[0200] 将散斑试件固定在单轴拉伸试验机上，实验设置参数为，加载速度为1mm/min，图像采集1fps，图像分辨率2448pixel×1942pixel，采集散斑试件变形前的原始散斑图像。施
加拉伸载荷，采集散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑图像，M为正整数；

[0201] 根据原始散斑图像和M幅第一散斑图像计算散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；

[0202] 根据散斑试件确定像素长度，在原始散斑图像上完成单位像素标定；在原始散斑图像上选取待测范围；

[0203] 选取散斑试件开始屈服后某一时刻的第二散斑图像，在选取的待测范围内，利用数字图像相关软件计算这一时刻的应变梯度，以应变二阶导数作为焊缝区域划分的依据。
由于待测区域中不同区域存在明显极值，将应变二阶导数以0为界进行二值化处理，实现快
速区域划分，得到多个区域，多个区域包括第一区域至第N区域；

[0204] 依次选定第一区域至第N区域，按照以下方法分别得到第一区域至第N区域的弹塑性本构参数：选定待测区域，以散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式
定义待测区域的迭代初始值pi,0：

[0205] pi,0＝[E,v,A,B,n]i,0，

[0206] 其中，pi,0为迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；

[0207] 根据迭代初始值和实验边界条件，在待测区域内分别对M幅第二散斑图像进行时序仿射变换，得到对应的M幅构造变形前的第三散斑图像；

[0208] 构建目标函数，设定终止迭代条件，将M幅第三散斑图像和原始散斑图像代入目标函数对待测弹塑性本构参数进行迭代优化，根据迭代得到的校正修改量更新待测区域的弹
塑性本构参数校正值；

[0209] 若目标函数或校正修改量满足终止迭代条件，将弹塑性本构参数校正值作为待测区域的弹塑性本构参数输出。

[0210] 当第一区域至第N区域的弹塑性本构参数均识别完毕，实现了一次实验完成材料焊缝自动区域划分并且识别出包括弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化系数和硬化指数的弹
塑性本构参数。

[0211] 为了进一步验证有效性，根据算法识别的材料弹塑性本构参数绘制出不同区域上共14个点的应力应变曲线，与局部化数字图像相关技术DIC方法计算结果相比较，对比结果
如图5所示。可以看出的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法得到的应力、应变
曲线与局部化数字图像相关技术DIC方法计算结果具有良好的一致性，证明了本方法的有
效性与准确性。

[0212] 通过上述实施例可知，本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置，至少实现了如下的有益效果：

[0213] 1、本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置中根据位移场计算待测范围内的应变梯度，根据应变梯度自动将待测范围划分为多个区域，能够
在一次加载实验中自动完成待测范围的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测试等方法
进行人工分区，简化非均质材料弹塑性本构参数测量的过程。

[0214] 2、本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置中将M幅第三散斑图像各区域灰度分布和原始散斑图像对应区域灰度分布代入目标函数对待测弹
塑性本构参数进行迭代优化，与从数字图像相关技术得到的应变场计算材料参数相比，能
够有效降低随机噪声对非均质材料弹塑性本构参数反演的影响，提高非均质材料弹塑性本
构参数反演结果的精度。

[0215] 3、本发明提供的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置能够通过一次实验同时得到包括弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化系数和硬化指数的待测区域的
多个弹塑性本构参数。

[0216] 虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技
术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发
明的范围由所附权利要求来限定。