[發明專利]一種兩步三維傅里葉變換測量物體內部三維變形場的方法

有效

• 申請號: 201310426262.X
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103591904A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 毛靈濤;姜復本
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京);毛靈濤
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及物體內部三維變形場的測量，屬固體實驗力學領域。

背景技術

數字散斑相關法或數字圖像相關法(Digital?Image?Correlation，DIC)已廣泛用于二維平面變形及應變的測量。數字體相關法(Digital?Volume?Correlation，DVC)是數字圖像相關法向物體內部三維變形測量的拓展，該方法利用微焦點CT，微焦點核磁共振或激光掃描共焦顯微鏡獲取得變形前后物體的三維立體圖像，直接在變形后的體圖像中搜索與變形前體圖像中相對應的點，得出點的位移矢量，由于要在搜索區域中進行逐一搜索，致使計算時間消耗較大，尤其當物體產生大變形，搜索區域增大，耗費的時間將大為增加，計算效率降低。

為提高計算效率，本發明提供一種利用兩步三維傅里葉變換測量物體內部三維變形場的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效地測量計算內部具有散斑結構物體的三維變形及應變場的方法。

本發明用于測量計算內部具有散斑結構物體的三維變形及應變場，物體可以是透明的或不透明的，散斑結構可以是物體內部的天然結構所形成的，如骨骼、木材、孔隙類巖石或含多種成份的巖石等，也可以是人為在待研究物體中加入某種在圖像中易于辨識的微顆粒形成散斑結構。

本發明利用微焦點計算機層析(Micro?focus?computer?tomography,Micro-CT)，微核磁共振成像(Micro?nuclear?magnetic?resonance?imaging，Micro-MRI)，激光掃描共焦顯微鏡(Laser?Scanning?Confocal?Microscope，LSCM)或其他可以獲取反映物體內部結構的三維圖像的方法獲取具有散斑結構物體變形前后的三維立體圖像，所得立體圖像分別定義為參考體圖像和變形體圖像，將參考體圖像與變形體圖像分割成若干大小相等的子體塊，參考體圖像與變形體圖像中相對應的一對子體塊構成“斑對”，對構成“斑對”的兩個子體塊分別進行第一步三維傅里葉變換，得到相應的頻譜函數，在頻譜域中對所得到的頻譜函數進行數值干涉，得到合成光譜函數，對該函數進行第二步傅里葉變換，得到一個峰值中心偏移的擴展脈沖函數，通過求取該擴展脈沖函數峰值的坐標，得到參考子體塊的位移矢量。對參考體圖像與變形體圖像分割后所有相對應的“斑對”逐一進行上述兩步三維傅里葉變換，就可以得到物體內部的變形場。通過應變與變形的關系，可以求解物體內部應變場。

本發明的具體步驟是：

步驟一：利用微焦點計算機層析(Micro?focus?computer?tomography,Micro-CT)，微核磁共振成像(Micro?nuclear?magnetic?resonance?imaging，Micro-MRI)，激光掃描共焦顯微鏡(Laser?Scanning?Confocal?Microscope，LSCM)或其他可以獲取反映物體內部結構的三維圖像的方法獲取具有散斑結構物體變形前后的三維立體圖像，分別定義為參考體圖像和變形體圖像；

步驟二：將參考體圖像與變形體圖像分割成若干大小如32×32×32體素的子體塊，相對應的參考子體塊和變形子體塊構成一個“斑對”；當子體塊尺寸較小時，可以認為子體塊的內各點的位移是相同的；

本步驟中子塊體的尺寸可以是4×4×4體素，8×8×8體素，16×16×16體素，32×32×32體素，64×64×64體素，……，根據物體內部散斑結構的大小，適當選取子塊體的大小，但每個子塊體中散斑結構的數量應大于9。

本步驟中體圖像的分割相鄰子體塊之間可以有二分之一子塊體尺寸的重疊，提高計算的準確性。

步驟三：令h₁(x，y，z)和h₂(x，y，z)分別表示一個“斑對”中的參體子體塊和變形子體塊，h₁(x，y，z)與h₂(x，y，z)具有如下關系：

h₂(x，y，z)=h₁[x-u(x，y，z)，y-v(x，y，z)，z-w(x，y，z)]???(1)

式中，u，v，w分別為變形后參考子體塊在x，y，z三個方向上的位移，對參考子體塊和變形子體塊分別進行第一步三維傅里葉變換，則有：