[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

本發明涉及一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，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，設置兩臺相機以交向攝影的方式拍攝待測量物體；2)立體匹配與目標跟蹤：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；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，完成待測量物體的形變結構參數的測量。與現有技術相比，本發明具有非接觸、快速、便捷等優點。

技術領域

本發明涉及計算機視覺領域，尤其是涉及一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法。

背景技術

在現代城市化建設中，建筑材料的穩定性和安全性已經成為焦點問題。因此在每一種特制材料投入使用之前，都需要通過拉伸/壓縮測試、碰撞測試、高溫測試等測試性實驗評估材料的結構性能和安全系數。然而傳統接觸式傳感器由于單點監測、測量范圍有限、安裝困難等缺陷不適用于材料的全場形變測量。而隨著光學工程的快速發展，數字影像相關憑借非接觸式的優點已經成為力學分析中的主要測量方法。該方法與視頻測量技術相結合可以克服傳統傳感器的缺陷。在數字攝影測量中，數字影像相關又被稱為影像匹配。在計算機視覺領域，影像匹配廣泛應用于視差的計算。然而由于立體影像存在視差突變的問題，傳統固定窗口匹配策略無法解決這類難題，所以許多學者開始逐漸使用變化窗口匹配方法以準確提取視差邊界。但是這些方法卻不能直接應用于散斑影像序列中的細微形變測量。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于自適應窗口匹配的數字散斑全場形變測量方法，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；

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。

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。

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。

所述的步驟2)中，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。