[發明專利]一種基于圖像特征增強數字體圖像相關法的變形測量方法

有效

• 申請號: 202210034810.3
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114526682B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 董守斌;左乾江;蔣震宇;湯立群
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06T7/60
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于圖像特征增強數字體圖像相關法的變形測量方法，首先，構造尺度間空并對其中的每個像素點進行檢測、篩選，得到最終可用關鍵點；計算主方向及二進制描述符進而匹配得到關鍵點對；使用IC?GN算法迭代式計算高精度變形結果。本發明基于圖像特征增強數字體圖像相關法，可以在不破壞試樣的情況下進行非接觸式測量，更加方便在測量試樣內部的三維位移情況，針對圖像的旋轉、尺度以及亮度變化可以保持不變，從全局進行匹配，有效地進行解決了大而復雜的變形，同時也能應對小變形情況。

技術領域

本發明涉及變形測量的技術領域，尤其是指一種基于圖像特征增強數字體圖像相關法的變形測量方法。

背景技術

準確的位移測量一直都是實驗力學中最基本的任務，對通過對不同階段的試樣進行測量，得出兩個階段之間的位移數值。目前工程中廣泛應用的位移測量方法主要是以應變電測為代表的接觸式測量方法。在使用應變電測時，通過將應變計附著到待測試樣表面上，當試樣受到外界影響發生變形時，應變計一同產生變形，此時應形計中的電阻值發生相應的變化，通過電阻應變儀測量并轉換應變計中的電阻值，即可得到最終的變形結果。然而這種方法僅能用于單點測量，因此在測量前需要進行精確的定位放置。同時該方式僅能測量試樣表面位移，而對試樣內部位移束手無策。

隨著諸如磁共振成像、光學相干斷層掃描和共聚焦激光掃描顯微鏡等三維成像技術的發展，變形測量從原來的試樣表面變形測量擴展到了試樣內部變形測量，然而，現有的成像技術也并非十分完美，因為其成像過程十分耗時，這就導致待測量的變形是大而復雜的內部變形。在這種情況下容易出現脫相關現象，即配準算法可能無法在變形前后獲得的體圖像中定位到相應的體塊。

數字體圖像相關法是一種非接觸式光測力學方法，其基本原理是通過采集和分析變形前后的試樣體圖像得到試樣內部三維全場位移情況，從而避免了傳統接觸式測量的繁瑣操作，同時在不破壞待測試樣的情況下對試樣內部變形進行測量。BRISK算法是一種特征提取描述算法，其通過構建尺度空間搜索關鍵點，并利用周圍像素點進行二進制描述，這些特征點往往具有尺度不變和旋轉不變性，常用以計算機視覺的匹配任務中。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種基于圖像特征增強數字體圖像相關法的變形測量方法，在圖像特征提取描述算法的基礎之上進行擴展，并與數字體圖像相關法進行結合，擴展的圖像特征提取描述算法的復雜度將遠小于數字體圖像相關法的復雜度。在保證計算效率的同時，進一步處理大而復雜的變形情況。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種基于圖像特征增強數字體圖像相關法的變形測量方法，包括以下步驟：

S1：取變形前三維圖像為參考圖像，變形后三維圖像為目標圖像，分別構造參考圖像的尺度空間和目標圖像的尺度空間，所述參考圖像的尺度空間和目標圖像的尺度空間均包含2N層，其中N為正整數；

S2：取步驟S1中生成的參考圖像的尺度空間和目標圖像的尺度空間，對兩種圖像的尺度空間中的每個像素點進行檢測，將通過檢測的像素點作為待定關鍵點，計算待定關鍵點得分，利用非極大值抑制方法對待定關鍵點進行篩選，得到兩種圖像的最終可用關鍵點；

S3：取步驟S2中提取到的兩種圖像的可用關鍵點，對于每一個關鍵點，利用其周圍像素點信息計算出旋轉矩陣，用于表示其主方向；

S4：取步驟S2中提取到的兩種圖像的可用關鍵點及步驟S3中計算的旋轉矩陣，對于每一個關鍵點，使用其對應的旋轉矩陣將其周圍的像素點進行旋轉，利用旋轉后的像素點計算出二進制描述符，用于描述該關鍵點，形成三維圖像的圖像特征；

S5：取步驟S2中提取到的兩種圖像的可用關鍵點及步驟S4中計算的二進制描述符，枚舉計算參考圖像中提取到的關鍵點以及目標圖像中提取到的關鍵點對應描述符之間的漢明距離，以漢明距離最小為最佳匹配結果，形成關鍵點對；