【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量方法,特别是关于一种用于定量分析三维数字体积图像变形 测量方法。
技术介绍
现有的二维数字图像相关技术的基本原理在于对比变形前的数字图像(参考图) 与变形后的图像(变形图),即将参考图与变形图进行对比。再通过做一系列的交叉相关 运算,来获得变形后的图像相对于变形前图像的位移场和应变场。目前,传统二维数字图 像相关方法已经成为一种经典的实验力学技术在材料力学行为测试、微尺度变形测量、微 电子机械系统(MEMS)结构动态表征以及生物组织力学性能评估等诸多领域都得到了广泛 应用。在二维数字图像相关方法的基础上,Bay与其合作者于1999年提出了数字体积相 关(Digital Volume Correlation, DVC)的概念(Bay B. K.,Smith Τ. S.,Fyhrie D. P., and Saad Μ. , Digital νοlumecorreIation Three-dimensional strain mapping using x-ray tomography, Experimental Mechanics, 1999,39 (3),217-226 ;贝尔,史密斯,费锐, 塞得,数字体积图像相关使用X射线断层摄影技术进行三维应变表征,实验力学,1999, 39 (3),217-226),并首先应用于疏松骨质三维X射线微结构的变形测量。数字体积相关方 法的基本原理与数字图像相关方法类似,其核心思想在于把变形前体图像中特定的参考子 体积(Reference Subvolume)与变形后体图像中相应搜索区域内所有可能 ...
【技术保护点】
一种三维数字体积图像变形测量方法,其包括如下步骤:(1)将未发生变形的三维数字体积图像作为参考体积图像F(x,y,z),将发生变形的三维数字体积图像作为变形体积图像G(x,y,z);在参考体积图像F(x,y,z)上选定一系列离散采样点,设其中任意一个采样点的坐标为(α,β,γ);(2)分别以所述步骤(1)中的采样点为中心,选定包含L↓[x]×L↓[y]×L↓[z]个体素的长方体作为参考子体积f(x,y,z);在变形体积图像G(x,y,z)中,分别以采样点坐标(α,β,γ)为中心,各自选定包含M↓[x]×M↓[y]×M↓[z]个体素的长方体作为搜索区域g(x,y,z),且M↓[x]=M↓[y]=M↓[z]>L↓[x]=L↓[y]=L↓[z];(3)对于每一个采样点(α,β,γ),分别对其对应的参考子体积f(x,y,z)和相应的搜索区域g(x,y,z)进行三维图像相关运算,其运算结果P为:P=FT↓[3]↑[-1][FT↓[3](f)FT↓[3]↑[*](g)],其中,*代表复共轭;FT↓[3][.]和FT↓[3]↑[-1][.]分别表示三维快速傅立叶正变换和逆变换;f=[f(x,y,z) ...
【技术特征摘要】
一种三维数字体积图像变形测量方法,其包括如下步骤(1)将未发生变形的三维数字体积图像作为参考体积图像F(x,y,z),将发生变形的三维数字体积图像作为变形体积图像G(x,y,z);在参考体积图像F(x,y,z)上选定一系列离散采样点,设其中任意一个采样点的坐标为(α,β,γ);(2)分别以所述步骤(1)中的采样点为中心,选定包含Lx×Ly×Lz个体素的长方体作为参考子体积f(x,y,z);在变形体积图像G(x,y,z)中,分别以采样点坐标(α,β,γ)为中心,各自选定包含Mx×My×Mz个体素的长方体作为搜索区域g(x,y,z),且Mx=My=Mz>Lx=Ly=Lz;(3)对于每一个采样点(α,β,γ),分别对其对应的参考子体积f(x,y,z)和相应的搜索区域g(x,y,z)进行三维图像相关运算,其运算结果P为 <mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msubsup> <mi>FT</mi> <mn>3</mn> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msubsup><mo>[</mo><msub> <mi>FT</mi> <mn>3</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><msubsup> <mi>FT</mi> <mn>3</mn> <mo>*</mo></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>,</mo> </mrow>其中,*代表复共轭;FT3[·]和分别表示三维快速傅立叶正变换和逆变换;和分别代表参考子体积f(x,y,z)图像灰度三维矩阵和搜索区域g(x,y,z)体积图像灰度三维矩阵;(4)根据每一个采样点(α,β,γ)所对应的搜索区域g(x,y,z)的图像灰度值,利用快速递推法分别建立变形后数字体积图像灰度三维求和表Sg及图像能量三维求和表(5)通过所述步骤(4)所建立的三维求和表Sg和进行快速查表运算,并根据所述步骤(3)的相关运算结果,计算采样点(α,β,γ)所对应的参考子体积f(x,y,z)和相应的搜索区域g(x,y,z)之间的三维零均值归一化互相关系数矩阵[C(u,v,w)](α,β,γ);(6)采用基于梯度的三维亚体素位移定位算法,在零均值归一化互相关系数矩阵的最大峰值所在位置附近进行亚体素插值运算,求得参考数字体积图像中采样点(α,β,γ)在相应变形后体积图像中的准确位置坐标(U,V,W),其中,U=u+Δu,V=v+Δv,W=w+Δw,(u,v,w)代表由所述三维零均值归一化相关系数矩阵[C(u,v,w)](α,β,γ)中最大元素所确定的整体素位移值,(Δu,Δv,Δw)是由基于梯度的三维亚体素位移定位算法计算所得的亚体素位移值;(7)重复所述步骤(3)~步骤(6),计算所有参考体积图像中的采样点在变形后数字体积图像中的准确位置,进而得到整个变形后体积图像相对于参考体积图像的三维位移场;(8)根据连续介质力学中拉格朗日应变张量理论计算数字体积图像的三维应变场 <mrow><msub> <mi>ϵ</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mo>[</mo><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><msub> <mi>U</mi> <mi>i</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><msub> <mi>U</mi> <mi>j</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>+</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄建永,潘晓畅,李姗姗,彭小玲,熊春阳,方竞,
申请(专利权)人:北京大学,
类型:发明
国别省市:11[]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。