[發(fā)明專利]基于隨機(jī)散點(diǎn)關(guān)系拓?fù)淦ヅ浜瘮?shù)的改進(jìn)數(shù)字圖像相關(guān)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011098896.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112200785A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陽(yáng)建宏;劉福佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種基于隨機(jī)散點(diǎn)關(guān)系拓?fù)淦ヅ浜瘮?shù)的改進(jìn)數(shù)字圖像相關(guān)方法，屬于變形測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先獲取兩幅變形前和變形后的隨機(jī)散點(diǎn)數(shù)字圖像，標(biāo)記為img1和img2。然后在img1和img2中逐個(gè)匹配散點(diǎn)圖像中的每個(gè)點(diǎn)，直至最后隨機(jī)散點(diǎn)圖中的每個(gè)點(diǎn)都得到了匹配。根據(jù)匹配后的結(jié)果，可以對(duì)應(yīng)計(jì)算兩幅圖像的像素偏移情況，即像素位移數(shù)據(jù)，最終得出變形前后的變形信息。該方法使用易于布置的“隨機(jī)分布散點(diǎn)圖案”作為相關(guān)匹配的特征散斑。然后，計(jì)算變形前后隨機(jī)分布的離散點(diǎn)的“拓?fù)湮恢藐P(guān)系”，從而對(duì)變形前后的圖像進(jìn)行相關(guān)匹配，最終得出全場(chǎng)變形信息，該方法經(jīng)驗(yàn)證可以適用于大變形等特殊變形或位移等情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變形測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于隨機(jī)散點(diǎn)關(guān)系拓?fù)淦ヅ浜瘮?shù)的改進(jìn)數(shù)字圖像相關(guān)方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，基于數(shù)字圖像相關(guān)方法的非接觸式變形測(cè)量技術(shù)在光測(cè)力學(xué)、變形測(cè)量和各類工程測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字圖像相關(guān)法最早是在上世紀(jì)80年代初由日本的山口一郎^[1]和美國(guó)南卡羅來(lái)納大學(xué)的Peter和Ranson等人^[1-2]相互獨(dú)立提出，通過(guò)比較變形前后的數(shù)字圖像中的子區(qū)灰度，來(lái)確定變形前的子區(qū)在變形后的圖像中的位置。

數(shù)字圖像相關(guān)方法使用了一種被稱為散斑圖案特征圖樣，通過(guò)工業(yè)相機(jī)拍攝成為數(shù)字散斑圖案。圖1(b)是一副傳統(tǒng)的數(shù)字散斑圖案(在計(jì)算機(jī)中被稱為圖像)，也被稱為隨機(jī)散斑圖案，其特征為：圖像中的斑點(diǎn)的灰度級(jí)別(即黑色的深淺)和斑點(diǎn)的位置和尺寸，都是隨機(jī)分布的，此處的數(shù)字散斑圖案即為數(shù)字圖像相關(guān)方法的“數(shù)字圖像”。而后一般使用傳統(tǒng)的最小平方距離和函數(shù)(SSD、ZNSSD)或互相關(guān)函數(shù)(CC、ZNCC)來(lái)計(jì)算兩幅數(shù)字散斑圖案的相關(guān)性，使用的函數(shù)即為“相關(guān)函數(shù)”。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)“隨機(jī)散斑數(shù)字圖像”和傳統(tǒng)“相關(guān)函數(shù)”(ZNCC等)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1、隨機(jī)散斑圖案布置需要技巧且難于迅速掌握。傳統(tǒng)的隨機(jī)散斑圖案，既需要斑點(diǎn)大小隨機(jī)，又需要斑點(diǎn)位置隨機(jī)。

2、散斑圖案相關(guān)運(yùn)算耗時(shí)較長(zhǎng)。從實(shí)際使用可以看出，傳統(tǒng)相關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算量巨大，所需要的耗費(fèi)的計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。

3、某些情況下會(huì)有相關(guān)函數(shù)失效問(wèn)題。首先由于被測(cè)物體的變形量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致DIC方法相關(guān)搜索失敗，從而使得DIC方法相關(guān)函數(shù)失效導(dǎo)致測(cè)量失效。上述問(wèn)題被稱為大變形問(wèn)題或退相關(guān)問(wèn)題，其已經(jīng)成為2D/3D DIC普遍面臨的問(wèn)題。有學(xué)者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)相關(guān)函數(shù)最多只能實(shí)現(xiàn)最高大約20％應(yīng)變量的大變形量測(cè)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yamaguchi I.A laser-speckle strain gauge[J].Journal of Physics E:Scientific Instruments.1981,14:1270～1273.

[2]W.H.Peters,W.F.Ranson.Digital Imaging Techniques in ExperimentalStress Analysis[J].Optical Engineering.1981，21:427～431.

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于隨機(jī)散點(diǎn)關(guān)系拓?fù)淦ヅ浜瘮?shù)的改進(jìn)數(shù)字圖像相關(guān)方法，該方法使用易于布置的“隨機(jī)分布散點(diǎn)圖案”作為相關(guān)匹配的特征散斑。然后，計(jì)算變形前后隨機(jī)分布的離散點(diǎn)的“拓?fù)湮恢藐P(guān)系”，從而對(duì)變形前后的圖像進(jìn)行相關(guān)匹配，最終得出全場(chǎng)變形信息。使用“隨機(jī)分布散點(diǎn)圖案”改進(jìn)“隨機(jī)散斑圖案”，使用計(jì)算“拓?fù)湮恢藐P(guān)系”的匹配函數(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)“相關(guān)函數(shù)”方法。最終實(shí)現(xiàn)改進(jìn)方法通過(guò)依靠能夠抵抗大變形的隨機(jī)分布散點(diǎn)，并且在計(jì)算中不會(huì)由于大變形而出現(xiàn)退相關(guān)的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了不更換參考幀的大變形相關(guān)匹配運(yùn)算。具有計(jì)算速度快，適用大變形等其它特殊變形情況的特點(diǎn)。

該方法具體包括步驟如下：