[發(fā)明專利]基于改進(jìn)數(shù)字體圖像相關(guān)法的混凝土內(nèi)部變形測(cè)量方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010936125.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN112082496A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙亮;張武;吳曉東;王凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16;G06T7/00;G06T17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)數(shù)字體圖像相關(guān)法的混凝土內(nèi)部變形測(cè)量方法及系統(tǒng)，所述方法首先將根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)拍攝待測(cè)物體各方向的數(shù)字圖像；然后將各方向數(shù)字圖像進(jìn)行三維重建，獲得試件三維重建體圖像；再確定相關(guān)系數(shù)函數(shù)，獲得子體塊的相關(guān)性評(píng)價(jià)；其次通過爆炸搜索算法(ESA)來尋找與參考灰度相似程度最大的目標(biāo)子體塊來確定整體素位移；將整體素位移作為變形初值進(jìn)行亞體素求解，獲得亞體素精度位移；最后根據(jù)位移計(jì)算結(jié)果求取應(yīng)變場(chǎng)，完成數(shù)字圖像相關(guān)法計(jì)算。本發(fā)明可提高測(cè)量精度和計(jì)算效率；能夠解決傳統(tǒng)數(shù)字體圖像相關(guān)法初值估計(jì)的準(zhǔn)確度對(duì)亞體素測(cè)量算法收斂速度和計(jì)算精度影響較大的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光測(cè)力學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于改進(jìn)數(shù)字體圖像相關(guān)法的混凝土內(nèi)部變形測(cè)量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在力學(xué)長期的發(fā)展歷程中，實(shí)驗(yàn)研究不僅作為驗(yàn)證力學(xué)基本理論的重要途徑，同時(shí)也為許多工程實(shí)際問題提供可靠的設(shè)計(jì)理念依據(jù)和必要的檢測(cè)手段，更為重要的一點(diǎn)是科研人員借助于各類實(shí)驗(yàn)可以揭示不同種類新材料在特殊環(huán)境中的一些特殊力學(xué)行為的機(jī)理，從而推動(dòng)力學(xué)理論及相關(guān)的材料類科學(xué)探索深入。

各國科研工作者先后采用光彈法、激光散斑法、DIC/DVC等技術(shù)對(duì)混凝土材料的裂紋產(chǎn)生及變形進(jìn)行了科學(xué)測(cè)量。但是以上提到的這些方法應(yīng)用范圍只限于材料表面變形，正確量化混凝土內(nèi)部變形特征還沒有好的技術(shù)手段去衡量；另外，混凝土材料的非均質(zhì)性從本質(zhì)上決定了以上這些方法難以全面準(zhǔn)確地反映其內(nèi)部變形特征。研究人員試圖探索一種不改變材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性的無損檢測(cè)混凝土內(nèi)部變形場(chǎng)的新技術(shù)。計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)便成為研究混凝土內(nèi)部變形場(chǎng)的有效工具，結(jié)合CT及拓展的平面數(shù)字圖像相關(guān)法，數(shù)字體圖像相關(guān)法應(yīng)運(yùn)而生。

數(shù)字體圖像相關(guān)法(DVC)，它的由來是在數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來并拓展的。對(duì)比上文所介紹傳統(tǒng)的材料變形檢測(cè)方法，DVC方法的優(yōu)勢(shì)是直接分析由三維逆向重建所獲得的混凝土變形前后數(shù)字體圖像信息，利用圖像處理等技術(shù)手段來計(jì)算出混凝土內(nèi)部的位移場(chǎng)變化，主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單；對(duì)于本文研究對(duì)象混凝土來說，不需要人工制斑，混凝土內(nèi)部獨(dú)特的灰度分布紋理即可作為天然散斑；同樣也不需要高精度的測(cè)量?jī)x器及相較于傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量來說復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)原理。

2、對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件要求不高，傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量需要嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，DVC無需照明光源和隔振平臺(tái)，僅需通過CT掃描獲取數(shù)據(jù)，再通過計(jì)算機(jī)重建獲得體圖像。

3、適用對(duì)象和范圍廣；可與多種圖像采集設(shè)備結(jié)合(電子顯微鏡，CT，MRI等)，測(cè)量對(duì)象可以從宏觀到微觀，從生物材料到金屬材料及其他復(fù)合材料等。

DVC本質(zhì)上來說是一種基于現(xiàn)代數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)且依托于計(jì)算機(jī)的新型光學(xué)測(cè)量技術(shù)，對(duì)材料變形前后的數(shù)字體圖像進(jìn)行定量化分析，得到被測(cè)物體的內(nèi)部變形(位移和應(yīng)變)信息。深入研究混凝土內(nèi)部的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，僅僅依靠表面位移及應(yīng)變分析并不能準(zhǔn)確及定量化表述其內(nèi)部變形過程；作為一種能夠測(cè)量物體三維全場(chǎng)變形的新型測(cè)量技術(shù)，DVC將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是如遇物體內(nèi)部大變形測(cè)量，傳統(tǒng)DVC方法匹配的變形前后目標(biāo)點(diǎn)位移量將驟增，導(dǎo)致迭代次數(shù)增加，計(jì)算容易陷入局部最優(yōu)。而且在初值估計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確度較低，對(duì)亞體素測(cè)量算法收斂速度和計(jì)算精度影響較大，傳統(tǒng)DVC方法在抑制固有噪聲，偽影及減輕由于源圖像中細(xì)節(jié)量太少而存在的潛在問題上的能力較弱。

綜上，亟需一種新的基于改進(jìn)數(shù)字體圖像相關(guān)法的混凝土內(nèi)部變形測(cè)量方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)數(shù)字體圖像相關(guān)法的混凝土內(nèi)部變形測(cè)量方法及系統(tǒng)，以解決上述在測(cè)量混凝土內(nèi)部變形中存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問題。本發(fā)明可提高測(cè)量精度和計(jì)算效率；能夠解決傳統(tǒng)數(shù)字體圖像相關(guān)法初值估計(jì)的準(zhǔn)確度對(duì)亞體素測(cè)量算法收斂速度和計(jì)算精度影響較大的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：