[發明專利]一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法

有效

• 申請號: 201910086370.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109916322B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 童小華;高颯;陳鵬;汪本康;謝歡;劉世杰;金雁敏;柳思聰;許雄
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 31225 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)構建相機網絡：在待測量物體表面噴設數字散斑，在布設鹵素燈作為光源后設置兩臺相機以交向攝影的方式拍攝待測量物體，獲取左右散斑影像序列；

2)立體匹配與目標跟蹤：指定待測量物體上的散斑興趣區，采用可靠性引導匹配方式確定左右散斑影像序列中目標點的同名位置，對每個目標點采用自適應窗口匹配方法確定最佳的匹配窗口，并采用最小二乘匹配完成目標精確跟蹤，獲取散斑影像序列中同名點的二維序列坐標，目標跟蹤具體為：

在初始時刻賦予每個目標點一個匹配窗口，當目標影像塊在同名搜索區域找到唯一的同名影像塊，且其信息熵達到信息熵的閾值δ，則停止增加匹配窗口的尺寸，每個目標點的匹配窗口尺寸根據空間相關性和信息熵確定，則有：

其中，Entropy(f)為信息熵，N(i)為灰度值為i的像素個數，N_sum為匹配窗口內總的像素個數，邏輯函數log的底設為2；

3)全場三維形變測量：根據同名點的二維序列坐標采用基于共線方程的前方交會算法獲得目標點的時序三維空間坐標，重建測量面的三維空間點云完成待測量物體的形變結構參數的測量。

2.根據權利要求1所述的一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，所述的步驟1)中，在待測量物體表面噴設數字散斑具體為：

在被測物體的表面均勻噴涂白色啞光漆，再將黑色啞光漆或黑色墨水均勻噴灑在白色啞光漆表面上。

3.根據權利要求1所述的一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，所述的步驟2)中，立體匹配具體為：

在序列影像的初始時刻，所有目標點以ZNCC值作為依據逐個進行立體匹配，即擁有最高ZNCC值的目標相鄰點位被優先匹配，并且每個目標點的搜索窗口將由已匹配點的相鄰點提供。

4.根據權利要求1所述的一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，所述的匹配窗口均為方形窗口，并且目標點位于匹配窗口的中心。

5.根據權利要求1所述的一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，根據目標點的四個方向，采用四個不同的目標窗口獲取ZNCC值，并且保留具有最高ZNCC值的窗口，使得具有最高ZNCC值的影像窗口中具有相同的形變參數，目標窗口的形變參數直接由具有最大ZNCC數值方向的相鄰點位提供。

6.根據權利要求1所述的一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，采用分布式并行的方式完成目標跟蹤，具體為：

每個相機配備一臺子控機，并采用一臺主控機管理和控制兩臺子控機，為實時采集和存儲海量影像序列，每臺子控機配備高速影像采集卡和固態磁盤陣列，每臺子控機還裝配多核中央處理器用以完成影像序列跟蹤匹配的并行計算。

7.根據權利要求1所述的一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，其特征在于，所述的步驟3)具體包括以下步驟：

31)全場三維形變構建：采用基于平面的標定方法完成相機的立體標定并獲取相機的內外方位元素和相機畸變參數，采用基于共線方程的前方交會算法獲取所有目標點的時序三維空間坐標；

32)測量結構參數估計：通過時間序列影像中的后續點云與初始點云的坐標差獲取待測量物體的三維位移場，并對待測量物體的三維位移場進行局部微分獲取全場三維應變參數。