[發明專利]測量材料定向形變離面位移的方法

有效

• 申請號: 202110245556.7
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113063356B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 趙冉;賈金升;張敬;劉波;孔壯;那天一;王一葦
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 張曉萍;劉鐵生

本發明是關于一種測量材料定向形變離面位移的方法，其包括：分別獲取材料形變前的正投影圖像和形變后的正投影圖像；利用數字圖像相關算法獲得形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場；根據斜面的數學關系，由所述面內位移場得到材料形變的離面位移標量場。本發明方法只需一部相機拍攝兩幅圖像即可完成測量，測試無需在暗室或者遮光環境下進行，不需要干涉光路，對于測試環境的適用性較強，在自然光照條件下也可完成測量，適合工業檢測。同時，本發明方法既不需要轉換到頻域，也不需要進行相位解包操作，可大幅降低測量誤差，具有較高的測量精度，且適合于動態測量。

技術領域

本發明涉及工業檢測技術領域，特別是涉及一種測量材料定向形變離面位移的方法，具體涉及一種利用數字圖像相關算法測量光纖傳像材料定向形變離面位移的方法。

背景技術

光纖傳像材料(如光纖面板、倒像器、微通道板等)在生產過程中很容易受到物理、化學等理化作用后會產生各種各樣的形變。雖然該形變的尺度一般較小，通常為微米尺度量級的形變，但是對材料的性能影響卻很大。當下對于光纖傳像材料的形變檢測與監控通常都是在高倍的顯微鏡下觀測實現的。顯微鏡的放大原理可以分為光學放大與電子放大兩類。光學放大指的是完全通過光學原理放大的透鏡組合，其放大倍數受透鏡的加工技術水平所限，放大倍數一般為幾十倍，放大效果較好，能獲得物體準確的形貌信息；而電子放大是以光電轉化、插值等技術為依托的放大技術，放大倍數通常可達400倍甚至更高，但是放大效果與圖像的清晰度與光學放大相比較差。不管是哪一種放大原理的顯微鏡下只能直接獲得物體的二維平面圖(即x,y方向構成的平面)，無法得知物體在z軸方向的形變情況，制約了該類材料微尺度形變檢測技術的發展。通常情況下，z軸方向的形變測量都是通過原子力顯微鏡以點掃描的方式進行檢測的，該類方法的測量精度較高，但是需要逐點掃描才能獲得相關信息，工作量大耗時較長且檢測成本較高，掃描一個1000*1000像素的面陣需要數小時甚至一天的時間，不適合工業檢測。

數字圖像相關算法是一種基于塊匹配運動估計面內位移的算法。它的主要原理為以固定大小的窗口將一幅圖像分割成若干個子區域，通過計算變形前后圖像子區域的相關系數來確定兩個子區域是否匹配，對相關系數最高的子區域進行x方向與y方向位移的計算，最終獲得每個像素點在平面內(x與y方向)的位移場，即面內位移。然而，該方法對于物體離面位移并不敏感，不適用于測量z軸方向的形變。針對這一問題，很多研究人員提出了雙目、多目、干涉數字圖像相關算法來實現離面位移的檢測，取得了較好的研究成果，但是這些算法大多對環境的要求較高，不適用于工業環境下物體形變的檢測，尤其是不適用于光纖傳像材料在工業環境下的微米尺度形變檢測。

發明內容

本發明的主要目的在于，提供一種測量材料定向形變離面位移的方法，所要解決的技術問題是現有技術很難測量材料的定向形變離面位移，尤其是光纖傳像材料的微米尺度形變離面位移。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種測量材料定向形變離面位移的方法，其包括：

分別獲取材料形變前的正投影圖像和形變后的正投影圖像；

利用數字圖像相關算法獲得形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場；

根據斜面的數學關系，由所述面內位移場得到材料形變的離面位移標量場。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

優選的，前述的測量材料定向形變離面位移的方法，其中所述的利用數字圖像相關算法獲得形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場，根據斜面的數學關系，由所述面內位移場得到材料形變的離面位移標量場；具體包括：

形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場由式(1)計算得到：