[發明專利]一種基于SIFT改進的數字圖像相關法可實時檢測方法

在審

• 申請號: 202110438916.5
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113095323A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 萬琪偉;甘建軍;張渴望;張世樂;張思聰
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于SIFT改進的數字圖像相關法可實時檢測方法，它涉及一種變形檢測方法；它包含如下步驟：一、獲取變形前后的灰度圖像；二、計算亞像素曲面擬合；三、計算亞像素插值；四、建立不同高斯尺度空間構造連續尺度圖像金字塔；五、從連續尺度空間中搜索和篩選特征點；六、結合所選取的特征點構建分析子區域；七、變形子區域位移計算；八、使用位移特征向量表示變形。本發明在保證位移場連續性的同時，使得調整計算速度和精度更加簡潔方便在兩個參數之間權衡，改進后的算法沒有增加計算復雜度，節約前處理時間且對復雜邊界具有更好的適應性，在相同的計算速度條件下可以達到更高的計算精度。

技術領域

本發明涉及一種變形檢測方法，具體涉及一種基于SIFT改進的數字圖像相關法可實時檢測方法。

背景技術

土木工程材料如砂土、混凝土、巖石等具有多種材料混合而成。這些不同的材料極易形成粗糙不一的表面，這些表面對于光的反射效果會存在一定的差異，而這些差異有隨機、非均勻等特點，因此捕捉這些差異可以在數字圖像相關法中作為描述材料表面的一個特征。

當下土工材料變形監測方法一般用傳感器法、超聲波法等，而傳感器法更為普遍。在受力試件，如建筑物和實驗材料表面或內部粘貼或埋入許多變壓片，實時監測這些應變片的電壓變化換算成變形情況，可以實現建筑物變形檢測。但是此方法會對材料本身的強度或變形狀態造成影響，同時會容易失靈且裝置部署較為繁瑣。

土工材料或結構的變形檢測在實驗室中或工程上被廣泛應用，而電阻應變測量是材料變形監測領域的傳統方法。將應變計粘合在被測構件表面，當受力變形時，應變計順著構件一起變形，此時變形計的電阻值產生相應的變化，通過電阻應變儀測量應變計中電阻的改變并轉換成應變值，測量應變的儀器主要有線性位移傳感器和引伸計等，但測量儀器線路繁復，僅能用于單點單向測量且在獲取完整結果前需做精準裝置。由于測量應變常用的應變片需要提前貼片部署復雜，且測量的往往是一定面積內的平均應變，對于某些無法直接接觸場合也不適用。

數字圖像相關法是一種光學變形檢測方法，其基本原理是采集和分析變形前后的變形圖像得到試件表面的變形情況，從而避免了電阻法和傳感器法等對待測對象的物理影響的缺點；同時應用光測量方法進行變形檢測使得分析材料的獲取和分析過程更加方便和快速。SIFT算法是一種基于尺度變換的特征匹配算法它通過高斯濾波器平滑圖像后構建多個連續尺度的空間，并提取出這些在連續尺度中變化量極小的尺度不變不特征點，這些特征具有旋轉和尺度不變性，常用以計算機視覺的特征匹配中。同時國內外的一些學者在該算法應用于特征提取的應用方向上對該算法進行了改進。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，通過應用計算機視覺相關技術，提供一種基于SIFT改進的數字圖像相關法可實時檢測方法，在傳統的數字圖像相關法分析材料變形的技術方案的基礎上，對其中的部分分析方法和流程進行改進，在保證高精度的同時，能夠大幅度提高數字圖像相關法的分析速度，同時沒有增加分析時前處理和后處理的復雜度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：它包含如下步驟：

一、獲取變形前后的灰度圖像；

二、計算亞像素曲面擬合；

三、計算亞像素插值；

四、建立不同高斯尺度空間構造連續尺度圖像金字塔；

五、從連續尺度空間中搜索和篩選特征點控制計算速度；

六、結合所選取的特征點構建分析子區域；

七、變形子區域位移計算；

八、使用位移特征向量表示變形。

進一步地，步驟一中獲取變形前后的灰度圖像的具體方法如下：CDD相機可以直接捕捉灰度圖像，或通過輸入RGB彩色圖像，經計算機轉化獲取子區域的灰度圖像，彩色圖像的灰度化公式如公式（1）所示；

公式（1）

公式（1）中為彩色圖像的紅色色強，為彩色圖像的綠色色強，為彩色圖像的藍色色強。