[發明專利]一種基于圖像配準的異位數字體積相關方法

有效

• 申請號: 201410003602.2
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103743621A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 萬克樹;楊鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N33/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種基于圖像配準的異位數字體積相關方法，屬于光測實驗力學領域。

背景技術

數字體積相關方法(英文全稱：Digital?Volume?Correlation，縮寫：DVC)于1999年由初由美國加州大學的B.K.Bay等(Bay?B?K,Smith?T?S,Fyherie?D?P,et?al.Digital?volume?correlation:Three-dimensional?strain?mapping?using?X-ray?tomography[J].Experimental?Mechanics,1999,39(3):217～226)在傳統的數字圖像相關方法DIC(英文全稱：Digital?Image?Correlation，縮寫：DIC)的基礎上發明的。它通過對變形前后采集的物體內部的三維數字圖像進行相關計算，獲得樣品內各點得位移值，即三維位移場；在原位前提下，物體各點的三維位移場反應了三維變形場，從而實現了三維變形及應變的測量。

相對于傳統的DIC只能測量樣品表面的二維變形，DVC能夠測量樣品內部的變形，且測量的位移與應變是三維的。目前，DVC已經成為光測實驗力學中的熱門研究領域，并在材料力學、結構力學、生物力學等方面有廣泛的應用，是目前唯一能直接測量材料內部三維變形的實驗方法。

DVC原理要求變形前后的測試必須原位，若有剛體位移存在，則DVC計算結果既包含剛體位移，又包含變形位移，無法區分。在實際應用中，DVC需要用到三維數字圖像數據。現有的三維成像技術包括X射線斷層照相，伽馬射線斷層照相，中子斷層照相，共聚焦顯微鏡等。不管哪一種三維成像技術都存在原位實驗的困難性。比如常用的斷層照相，其原位實驗的困難主要在于斷層照相需要樣品和射線源/探測器之間要相對轉動一圈。雖然有一些原位加載工具，比如中國發明專利ZL201110163456.6（基于X射線斷層照相的原位加載裝置），但畢竟只能用于簡單的加載。而且有些變形問題的原位在線實驗非常困難，比如沖擊變形，溫度變形，化學變形等，均難以在三維成像設備中原位進行。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種基于圖像配準的異位數字體積相關方法。

發明內容：為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種基于圖像配準的異位數字體積相關方法，包括如下步驟：

步驟1，將待測樣品和配準用標記物固定在剛性基體上；

步驟2，對步驟1的樣品、配準用標記物以及剛性基體作為整體進行第一次三維成像，得到樣品待測前樣品、配準用標記物以及剛性基體的三維圖像數據G₁（x,y,z）；

步驟3，將樣品進行異位變形，同時保持配準用標記物和剛性基體沒有變形；

步驟4，對異位變形后的樣品以及沒有變形的配準用標記物和剛性基體整體進行第二次三維成像，得到樣品異位變形后樣品、配準用標記物以及剛性基體的三維圖像數據G₂（x,y,z）；

步驟5，將配準用標記物在樣品待測前的三維圖像數據G₁（x,y,z）和在樣品異位變形后的三維圖像數據G₂（x,y,z）進行三維數字圖像配準，獲得6個剛體運動自由度；

步驟6，將步驟5得到的6個剛體運動自由度對G₁（x,y,z）計算，得到模擬的三維圖像數據G₃（x,y,z）；

步驟7，將G₂（x,y,z）和G₃（x,y,z）進行原位數字體積相關計算，即可得到樣品變形前后的三維位移場。

其中，步驟2或步驟4中，所述三維成像采用的是X射線斷層照相、伽馬射線斷層照相、中子斷層照相或共聚焦顯微鏡中的任意一種。

其中，所述X射線斷層照相包括醫用X射線斷層照相、工業X射線斷層照相、顯微X射線斷層照相或納米X射線斷層照相。

其中，步驟1中，所述配準用標記物為具有圖像襯度的物質。

其中，步驟3中，所述異位變形包括力學變形、溫度變形或化學變形。

其中，所述力學變形包括采用拉、壓、彎、扭、沖擊或者耦合方式。