用于材料表面的位移场测量方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种用于材料表面的位移场测量方法、装置、设备及存储介质，其中，该方法包括：针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸相同；根据第一图像建立第一图像金字塔，根据第二图像建立第二图像金字塔；根据第一图像金字塔和第二图像金字塔，计算第二图像金字塔中每个层级相对于第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度；将第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出第二图像金字塔中每个层级的位移场。该方案实现了计算材料表面的大变形处的位移场，缩短了位移计算的时间。

Displacement field measurement method, device, equipment and storage medium for material surface

The embodiment of the invention provides a displacement field measurement method, device, device and storage medium for a material surface, wherein the method comprises: collecting a first image before deformation and a second image after deformation for a material to be measured, the size of the first image and the second image being the same, and establishing a first image according to the first image. According to the first image pyramid and the second image pyramid, the gray gradient of each level in the second image pyramid is calculated relative to the same level in the first image pyramid, and the gray gradient of each level in the second image pyramid is replaced by the L1 norm streaming light. The subgradient iteration algorithm is used to calculate the objective function of L1 norm streaming algorithm, and the displacement field of each level in the second image pyramid is obtained. The scheme realizes the calculation of displacement field at large deformation of material surface and shortens the calculation time of displacement.

【技术实现步骤摘要】
用于材料表面的位移场测量方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及固体力学
，特别涉及一种用于材料表面的位移场测量方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
在工程
，DIC(DigitalImageCorrelation，数字图像匹配)技术被用于测量材料表面在不同荷载作用下的变形。其原理是在相同目标物体的两幅不同数字图像中，通过匹配相同的几何元素(点、线、面等)而计算得到位移数值。针对不同的研究问题和角度，DIC技术可分为二维数字图像匹配(2D-DIC)、立体数字图像匹配(3D-DIC)和体积数字图像匹配技术(V-DIC)。目前，在计算机领域，基于能量最小原则和L2范数形式的光流算法来测量位移场，但是，该算法旨在计算二维数字图像中目标物体内部的连续位移场，并有良好的表现。然而，在其目标函数中存在线性化的计算项，即该算法只能针对小变形有效，无法实现材料表面的大变形处的位移场计算。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种用于材料表面的位移场测量方法，以解决现有技术中无法测量材料表面的大变形处的位移场的技术问题。该方法包括：针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸相同；根据第一图像建立第一图像金字塔，根据第二图像建立第二图像金字塔，其中，所述第一图像金字塔中层级间的缩小比例和所述第二图像金字塔中层级间的缩小比例相同；根据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度；将所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出所述第二图像金字塔中每个层级的位移场。本专利技术实施例还提供了一种用于材料表面的位移场测量装置，以解决现有技术中无法测量材料表面的大变形处的位移场的技术问题。该装置包括：图像采集模块，用于针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸相同；金字塔建立模块，用于根据第一图像建立第一图像金字塔，根据第二图像建立第二图像金字塔，其中，所述第一图像金字塔中层级间的缩小比例和所述第二图像金字塔中层级间的缩小比例相同；灰度梯度计算模块，用于根据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度；位移计算模块，用于将所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出所述第二图像金字塔中每个层级的位移场。本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的用于材料表面的位移场测量方法。以解决现有技术中无法测量材料表面的大变形处的位移场的技术问题。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的用于材料表面的位移场测量方法的计算机程序。以解决现有技术中无法测量材料表面的大变形处的位移场的技术问题。在本专利技术实施例中，根据变形前的第一图像建立第一图像金字塔，根据变形后的第二图像建立第二图像金字塔，进而根据第一图像金字塔和第二图像金字塔，分别计算第二图像金字塔中每个层级相对于第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度，最后，将第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出第二图像金字塔中每个层级的位移场。本申请将图像金字塔与L1范数流光算法相结合，进而采用次梯度迭代算法来计算L1范数流光算法的目标函数，实现了计算材料表面的大变形处的位移场，同时，缩短了位移计算的时间，解决了现有技术中无法测量材料表面的大变形处的位移场的技术问题，有利于将L1范数的光流算法与工程上的DIC技术很好地结合。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的一种用于材料表面的位移场测量方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种用于材料表面的位移场测量装置的结构框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本专利技术做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施方式及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。在本专利技术实施例中，提供了一种用于材料表面的位移场测量方法，如图1所示，该方法包括：步骤101：针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸相同；步骤102：根据第一图像建立第一图像金字塔，根据第二图像建立第二图像金字塔，其中，所述第一图像金字塔中层级间的缩小比例和所述第二图像金字塔中层级间的缩小比例相同；步骤103：根据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度；步骤104：将所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出所述第二图像金字塔中每个层级的位移场。由图1所示的流程可知，在本专利技术实施例中，根据变形前的第一图像建立第一图像金字塔，根据变形后的第二图像建立第二图像金字塔，进而根据第一图像金字塔和第二图像金字塔，分别计算第二图像金字塔中每个层级相对于第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度，最后，将第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出第二图像金字塔中每个层级的位移场。本申请将图像金字塔与L1范数流光算法相结合，进而采用次梯度迭代算法来计算L1范数流光算法的目标函数，实现了计算材料表面的大变形处的位移场，同时，缩短了位移计算的时间，解决了现有技术中无法测量材料表面的大变形处的位移场的技术问题，有利于将L1范数的光流算法与工程上的DIC技术很好地结合。具体实施时，针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像的过程中，针对相同的待测量材料，分别采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，该第二图像可以是在任何变形状态下的图像。具体的，该第一图像和第二图像可以是二值化数字图像。图像金字塔是图像多尺度表达的一种形式，是一种以多分辨率来解释图像的有效且概念简单的结构。一幅图像的图像金字塔是一系列以金字塔形状排列的分辨率逐步降低，且来源于同一张原始图的图像集合。各层级的图像通过梯次向下采样获得，直到达到某个终止条件才停止采样。将一层一层的图像比喻成金字塔，层级越高，则图像越小，分辨率越低。金字塔的最低层级是待处理图像的高分辨率原图，而最高层级是低分辨率的图像。具体实施时，在根据第一图像和第二图像分别建立第一图像金字塔和第二图像金字塔的过程中，以建立第一图像金字塔为例，将第一图像按照固定的尺寸比例(即各层级之间的缩小比例，例如，0.25-0.75)进行迭代缩小，直至达到合适的尺寸(例如，16px×16px)以满足小位移的计算要求，将第一图像的原图和缩小后的各图像，按照尺寸由大到小的顺序进行标记和存储，分别形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于材料表面的位移场测量方法，其特征在于，包括：针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸相同；根据第一图像建立第一图像金字塔，根据第二图像建立第二图像金字塔，其中，所述第一图像金字塔中层级间的缩小比例和所述第二图像金字塔中层级间的缩小比例相同；根据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度；将所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出所述第二图像金字塔中每个层级的位移场。

【技术特征摘要】
1.一种用于材料表面的位移场测量方法，其特征在于，包括：针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸相同；根据第一图像建立第一图像金字塔，根据第二图像建立第二图像金字塔，其中，所述第一图像金字塔中层级间的缩小比例和所述第二图像金字塔中层级间的缩小比例相同；根据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度；将所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度代入L1范数流光算法的目标函数，采用次梯度迭代算法计算L1范数流光算法的目标函数，得出所述第二图像金字塔中每个层级的位移场。2.如权利要求1所述的用于材料表面的位移场测量方法，其特征在于，所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度包括：当前层级的图像关于两个维度的第一灰度梯度和当前层级的图像相对于所述第一图像金字塔中相同层级的图像在时间维度上的第二灰度梯度。3.如权利要求1所述的用于材料表面的位移场测量方法，其特征在于，据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度，包括：针对所述第二图像金字塔中的最高层级，计算该最高层级的图像相对于所述第一图像金字塔中最高层级的图像的灰度梯度，得到该最高层级的灰度梯度。4.如权利要求1至3中任一项所述的用于材料表面的位移场测量方法，其特征在于，据所述第一图像金字塔和所述第二图像金字塔，计算所述第二图像金字塔中每个层级相对于所述第一图像金字塔中相同层级的灰度梯度，包括：按照层级由高到低的顺序，计算所述第二图像金字塔中每个层级的灰度梯度，针对所述第二图像金字塔中除了最高层级之外的层级，获取上一层级的位移场；根据上一层级与当前层级之间的缩小比例，放大上一层级的位移场；将当前层级的图像的坐标加上放大后的上一层级的位移场，得到当前层级的新图像；计算当前层级的新图像相对于所述第一图像金字塔中相同层级的图像的灰度梯度，得到当前层级的灰度梯度。5.一种用于材料表面的位移场测量装置，其特征在于，包括：图像采集模块，用于针对待测量材料，采集变形前的第一图像和变形后的第二图像，第一图像和第二图像的尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳琳，胡旭，罗志磊，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11