[發明專利]基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法及系統

在審

• 申請號: 202010936125.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112082496A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 趙亮;張武;吳曉東;王凡
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06T7/00;G06T17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲取待測混凝土的三維重建體圖像；確定相關系數函數，根據相關系數函數計算獲得待測混凝土內部子體塊的相關性評價；

步驟2，基于步驟1獲得的相關性評價，通過爆炸搜索算法來尋找與參考子體塊灰度相似程度最大的目標子體塊來確定整體素位移；

步驟3，將步驟2確定的整體素位移作為變形初值進行亞體素求解，獲得亞體素精度位移；

步驟4，根據亞體素精度位移計算結果求取應變場，完成數字圖像相關法計算，獲得混凝土內部變形量。

2.根據權利要求1所述的一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法，其特征在于，步驟1中，所述獲取待測混凝土的三維重建體圖像的具體步驟包括：

通過測量系統拍攝獲取待測混凝土各方向的數字圖像；將各方向的數字圖像進行三維重建，獲得待測混凝土的三維重建體圖像；

其中，所述測量系統包括：加載設備、直流光源、圖像采集設備、計算機和DVC測量系統。

3.根據權利要求1所述的一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法，其特征在于，步驟1中，確定相關系數函數，根據相關系數函數計算獲得待測混凝土內部子體塊的相關性評價的具體步驟包括：

使用對灰度線性變化敏感度低的零均值歸一化互相關函數來確定相關系數函數；

優化對局部差異敏感性確定相關系數函數為平均歸一化互相關；

在目標函數中增加曲率懲罰確定抑制固有噪聲的目標函數；

根據目標函數計算獲得待測混凝土內部子體塊的相關性評價。

4.根據權利要求1所述的一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法，其特征在于，步驟2具體包括：

在搜索空間內初始化n個子體塊點確定初始炸點；

計算變形前后的灰度分布相似程度值確定歷史最優點；

對所有子體塊執行爆炸搜索算子確定炸點是否更新與爆炸半徑更新公式；

計算所有炸點的適應值確定需要遷移的炸點；

判斷變異概率與產生的隨機數大小確定需要進行變異操作的炸點；

設置迭代終止條件nmax DT確定最終輸出整體素位移；其中，maxDT表示設定的最大迭代次數。

5.根據權利要求1所述的一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法，其特征在于，步驟3具體包括：

將混凝土三維體圖像的整體素位移的測量結果作為迭代初值；

采用可描述剛體平移、轉動、拉伸變形和剪切變形的線性位移函數表示變形后參數變化；

通過雙三插值法進行計算，獲取目標體素點包含亞體素位移、位移梯度以及灰度偏移因子和尺度變化因子的待求參數矢量；

確定體素點的目標函數進行迭代求解，獲得混凝土亞體素位移值。

6.根據權利要求1所述的一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量方法，其特征在于，步驟4中，所述根據亞體素精度位移計算結果求取應變場的具體步驟包括：

通過對離散位移數據的局部子區利用用二維多項式分區域逐點擬合，獲得擬合多項式；

通過最小二乘求解擬合多項式，獲得擬合多項式的各項系數；

將擬合子區中間點利用擬合多項式系數求取對應值和其各階導數，獲得平滑和差分結果；

將局部子區移至下一個數據點進行計算，得到新的平滑和差分結果，獲得混凝土內部應變場。

7.一種基于改進數字體圖像相關法的混凝土內部變形測量系統，其特征在于，包括：

相關性評價獲取模塊，用于獲取待測混凝土的三維重建體圖像；確定相關系數函數，根據相關系數函數計算獲得待測混凝土內部子體塊的相關性評價；

整體素位移獲取模塊，用于基于獲得的相關性評價，通過爆炸搜索算法來尋找與參考子體塊灰度相似程度最大的目標子體塊來確定整體素位移；

亞體素精度位移獲取模塊，用于將確定的整體素位移作為變形初值進行亞體素求解，獲得亞體素精度位移；

變形量獲取模塊，用于根據亞體素精度位移計算結果求取應變場，完成數字圖像相關法計算，獲得混凝土內部變形量。