一種含動態(tài)裂隙材料的高精度數(shù)字散斑相關(guān)變形分析方法。首先，在材料產(chǎn)生裂隙前后的數(shù)字圖像A和B上，利用數(shù)字圖像相關(guān)原理分析裂隙附近像素點的位移時，針對圖像A上一個像素測點P，在圖像B上一定搜索范圍內(nèi)考察它的對應(yīng)點時，分別以該測點和任意待考察的點為左上角點、右上角點、右下角點、左下角點以及中心點來構(gòu)建五個邊長相同的正方形像素塊，然后，進行對應(yīng)像素塊的像素灰度相關(guān)系數(shù)計算，接著，在圖像B的搜索范圍內(nèi)找出其中與圖像A上的P點相關(guān)系數(shù)最大的對應(yīng)點，最后，計算出這兩點的坐標(biāo)差值作為測點P的位移。該方法能夠有效避免圖像上的裂隙對其附近測點的像素灰度相關(guān)性計算的影響，從而提高了含動態(tài)裂隙材料的變形量測精度。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種近景數(shù)字?jǐn)z影測量的數(shù)字圖像相關(guān)分析方法，特別是。
技術(shù)介紹
基于數(shù)字散斑相關(guān)分析的變形量測是一種應(yīng)用日漸廣泛的現(xiàn)代非接觸測量技術(shù)， 特別是在實驗力學(xué)中的材料變形模式及其歷時演變規(guī)律研究中。一般來說，眾多材料在外荷載作用過程中出現(xiàn)不斷發(fā)展的動態(tài)裂隙是一種常見現(xiàn)象，而當(dāng)采用數(shù)字散斑相關(guān)量測技術(shù)和進行數(shù)字圖像分析時，都會遇到一個數(shù)字散斑相關(guān)分析問題，在裂隙出現(xiàn)前后的兩張數(shù)字圖像上，裂隙出現(xiàn)后相對于出現(xiàn)前在圖像上表現(xiàn)為裂隙區(qū)域灰度值產(chǎn)生較大變化，這必然會導(dǎo)致在裂隙出現(xiàn)前后的該區(qū)域圖像灰度相關(guān)性的改變。而當(dāng)前數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)所采用的圖像相關(guān)分析中，采用的方法都是選擇一個考察像素點，然后以其為中心來構(gòu)建一個用于進行相關(guān)系數(shù)計算的像素塊，這樣一來，如果考察像素點位于裂隙邊緣，則在裂隙出現(xiàn)前的圖像上以該坐標(biāo)確定的像素點為中心構(gòu)建的像素塊沒有裂隙存在，而在裂隙產(chǎn)生后的圖像上以該點為中心構(gòu)建的像素塊包含了裂隙，造成前后兩張圖像上兩個本該屬于同一點為中心構(gòu)建的兩個像素塊的相關(guān)性降低，不可避免地導(dǎo)致根據(jù)相關(guān)性系數(shù)的大小對同一像素點在不同圖像上位置變化的判別出現(xiàn)較大誤差甚至錯誤，因此，當(dāng)前相關(guān)技術(shù)中采用的圖像分析方法未能有效解決含動態(tài)裂隙材料的數(shù)字散斑相關(guān)變形分析問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是要提供，解決使用常規(guī)數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)對含動態(tài)裂隙材料進行分析時存在較大誤差甚至錯誤的問題。本專利技術(shù)的目的是這樣實現(xiàn)的使用數(shù)碼相機拍攝一組在外荷載作用下的材料圖像，這一組材料圖像作為一個序列，選擇其中兩張圖像，一張為裂隙產(chǎn)生前的圖像A，一張為裂隙產(chǎn)后的圖像B，將這兩張圖像通過數(shù)據(jù)電纜傳輸?shù)接嬎銠C上，當(dāng)要分析圖像A上裂隙邊緣的任意一個像素測點1 的位移時，就需準(zhǔn)確找到它在圖像B上的對應(yīng)點，即同名點1 ； 其主要通過改變傳統(tǒng)數(shù)字圖像相關(guān)的像素塊的構(gòu)建方法，再利用自行編制的計算機程序?qū)D像A和圖像B進行數(shù)字散斑相關(guān)變形分析來實現(xiàn)，具體步驟如下(1)首先，根據(jù)材料承受的外荷載大小以及受力變形特性對材料表面的最大位移做出初步估算，據(jù)此在圖像B上劃定一個1 點的搜索范圍，如以1 點為中心，半邊長為300像素的一個正方形像素區(qū)域；(2)對于圖像A的1 像素點，以其為左上角點、右上角點、右下角點和左下角點以及中心點分別構(gòu)建一個邊長為21個像素的正方形像素塊Bal、Ba2、Ba3、Ba4和Ba5 ；(3)在圖像B搜索范圍內(nèi)選擇任意一點Η ，也以其為左上角點、右上角點、右下角點和左下角點以及中心點分別構(gòu)建一個邊長為21個像素的正方形像素塊Κ 、Bbi2、Bbi3、 Bbi4 和 Bbi5 ；(4)像素塊的坐標(biāo)均采用局部坐標(biāo)系，用來確定像素塊上各個像素點的位置，只要兩個像素塊大小相同，其坐標(biāo)原點及范圍相同，計算結(jié)束后可轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)；(5)分別按公式(1)計算出Bbil 和 Bal、Bbi2 和 Ba2、Bbi3 和 Ba3、Bbi4 和 Ba4 和 Bbi5 和Ba5的相關(guān)系數(shù)；2^+12/c+l2 2 力x u(x，y、Λ 二1 Ji=Iit12 = , ( 1 ) /2Η-12 +12A+12Jc+lv 1J\\ ssl J.I =1^s=I Ji =S 1式中R12—兩個大小相同的像素塊的一個顏色分量的灰度相關(guān)系數(shù)，對RGB三個顏色分量分別計算得到相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)值，然后取平均值作為兩個像素塊的相關(guān)系數(shù)值； V (x,y) 一圖像A上坐標(biāo)為(x，y)處的像素顏色分量RGB的灰度值，取值(Γ255; u (x,y) 一圖像B上坐標(biāo)為(x，y)處的像素顏色分量RGB的灰度值，取值(Γ255; k一像素塊的邊長除以2后取整數(shù)。(6)對圖像B上劃定的搜索范圍內(nèi)所有像素點均按(3) (5)步驟計算出相關(guān)系數(shù)，然后從中找出相關(guān)系數(shù)最大對應(yīng)的像素點Pbi作為圖像A上1 點在圖像B上的對應(yīng)點 Pb，即得到Pa在圖像B上的同名點Pb ；(7)分別記錄圖像A上1 點的坐標(biāo)和圖像B上1 點的坐標(biāo)，按式(2)即可得到1 點的位移值，圖像A其他像素點的位移分析與之相同。Δχ= xb -χαJiF=X^yi2(2)As = jAx2 + Aj2式中Δ χ— 1 點在橫向方向上的位移； xa_圖像A上1 點的橫坐標(biāo)； Xb—圖像B上1 點的橫坐標(biāo)； Δγ—Pa點在豎向方向上的位移； ya_圖像A上1 點的豎坐標(biāo)； yb—圖像B上Pb點的豎坐標(biāo)； As+I^a點的總位移；有益效果，由于采用了上述方案，本專利技術(shù)提出的方法與當(dāng)前方法的重要區(qū)別在于像素塊的構(gòu)建方法與數(shù)量不同，圖像灰度相關(guān)性系數(shù)計算采用的公式和對應(yīng)點的判別方法與當(dāng)前數(shù)字散斑相關(guān)方法相同，即對于圖像A上的P像素點和圖像B搜索范圍內(nèi)的任意一點P’， 分別以它們?yōu)樽笊辖屈c、右上角點、右下角點和左下角點以及中心點來構(gòu)建五個邊長為21 像素的正方形像素塊；由于小范圍局部裂隙的伸展方向可簡化為4種線性形式垂直型、水平型、左下傾斜型和右上傾斜型，因此，這5種像素塊的相關(guān)性計算中至少有一種會避開裂隙的影響，計算分析出的兩幅圖像的“相同點”在實際中也是同名點，進而按同名點的像點坐標(biāo)計算出的像點位移誤差就很小。另外，由于本專利技術(shù)方法涵蓋了非裂隙區(qū)域的傳統(tǒng)圖像相關(guān)性分析，因此也同樣適用于非裂隙區(qū)域或沒有裂隙產(chǎn)生的材料的變形分析。該方法可準(zhǔn)確地在兩幅相關(guān)圖像中尋找到各個同名點，圖像中可含裂隙，所述的同名點為實際物點在不同圖像上的投影點，解決了使用常規(guī)數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)對含動態(tài)裂隙材料進行分析時存在較大誤差甚至錯誤的問題，提高了含動態(tài)裂隙材料的變形量測精度，達到了本專利技術(shù)的目的。優(yōu)點有效避免了現(xiàn)有數(shù)字散斑相關(guān)變形分析技術(shù)對含動態(tài)裂隙的序列圖像上同名點的判斷錯誤，提高了含動態(tài)裂隙材料的變形量測精度，鞏固了數(shù)字散斑相關(guān)方法在材料復(fù)雜變形破裂精細(xì)化觀測中的優(yōu)勢地位，有利于數(shù)字散斑技術(shù)在實驗力學(xué)研究領(lǐng)域的進一步推廣應(yīng)用。附圖說明圖1為裂隙產(chǎn)生前的圖像示意圖。圖2為裂隙產(chǎn)生后的圖像示意圖。圖3為常規(guī)方法對含局部裂隙材料裂隙前的分析示意圖。圖4為常規(guī)方法對含局部裂隙材料裂隙后的分析示意圖。圖5為巖體局部裂隙分布的4種簡化型式。圖6為本專利技術(shù)的“一點五塊”法”對含局部裂隙材料裂隙前的分析示意圖。圖7為本專利技術(shù)的“一點五塊”法”對含局部裂隙材料裂隙后的分析示意圖。具體實施例方式實施例1 使用數(shù)碼相機拍攝一組在外荷載作用下的材料圖像，這一組材料圖像作為一個序列，選擇其中兩張圖像，一張為裂隙產(chǎn)生前的圖像A，一張為裂隙產(chǎn)后的圖像B， 將這兩張圖像通過數(shù)據(jù)電纜傳輸?shù)接嬎銠C上，當(dāng)要分析圖像A上裂隙邊緣的任意一個像素測點1 的位移時，就需準(zhǔn)確找到它在圖像B上的對應(yīng)點，即同名點1 ；其主要通過改變傳統(tǒng)數(shù)字圖像相關(guān)的像素塊的構(gòu)建方法，再利用自行編制的計算機程序?qū)D像A和圖像B進行數(shù)字散斑相關(guān)變形分析來實現(xiàn)，具體步驟如下(1)首先，根據(jù)材料承受的外荷載大小以及受力變形特性對材料表面的最大位移做出初步估算，據(jù)此在圖像B上劃定一個1 點的搜索范圍，如以1 點為中心，半邊長為300像素的一個正方形像素區(qū)域；(2)對于圖像A的1 像素點，以其為左上角點、右上角點、右下角點和左下角點以及中心點分別構(gòu)建一個邊長為21個像素的正方形像素塊Bal、Ba2、Ba3、Ba4和Ba5 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李元海，林志斌，靖洪文，楊圣奇，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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