一种含动态裂隙材料的高精度数字散斑相关变形分析方法。首先，在材料产生裂隙前后的数字图像A和B上，利用数字图像相关原理分析裂隙附近像素点的位移时，针对图像A上一个像素测点P，在图像B上一定搜索范围内考察它的对应点时，分别以该测点和任意待考察的点为左上角点、右上角点、右下角点、左下角点以及中心点来构建五个边长相同的正方形像素块，然后，进行对应像素块的像素灰度相关系数计算，接着，在图像B的搜索范围内找出其中与图像A上的P点相关系数最大的对应点，最后，计算出这两点的坐标差值作为测点P的位移。该方法能够有效避免图像上的裂隙对其附近测点的像素灰度相关性计算的影响，从而提高了含动态裂隙材料的变形量测精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种近景数字摄影测量的数字图像相关分析方法，特别是。
技术介绍
基于数字散斑相关分析的变形量测是一种应用日渐广泛的现代非接触测量技术， 特别是在实验力学中的材料变形模式及其历时演变规律研究中。一般来说，众多材料在外荷载作用过程中出现不断发展的动态裂隙是一种常见现象，而当采用数字散斑相关量测技术和进行数字图像分析时，都会遇到一个数字散斑相关分析问题，在裂隙出现前后的两张数字图像上，裂隙出现后相对于出现前在图像上表现为裂隙区域灰度值产生较大变化，这必然会导致在裂隙出现前后的该区域图像灰度相关性的改变。而当前数字散斑相关技术所采用的图像相关分析中，采用的方法都是选择一个考察像素点，然后以其为中心来构建一个用于进行相关系数计算的像素块，这样一来，如果考察像素点位于裂隙边缘，则在裂隙出现前的图像上以该坐标确定的像素点为中心构建的像素块没有裂隙存在，而在裂隙产生后的图像上以该点为中心构建的像素块包含了裂隙，造成前后两张图像上两个本该属于同一点为中心构建的两个像素块的相关性降低，不可避免地导致根据相关性系数的大小对同一像素点在不同图像上位置变化的判别出现较大误差甚至错误，因此，当前相关技术中采用的图像分析方法未能有效解决含动态裂隙材料的数字散斑相关变形分析问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供，解决使用常规数字散斑相关技术对含动态裂隙材料进行分析时存在较大误差甚至错误的问题。本专利技术的目的是这样实现的使用数码相机拍摄一组在外荷载作用下的材料图像，这一组材料图像作为一个序列，选择其中两张图像，一张为裂隙产生前的图像A，一张为裂隙产后的图像B，将这两张图像通过数据电缆传输到计算机上，当要分析图像A上裂隙边缘的任意一个像素测点1 的位移时，就需准确找到它在图像B上的对应点，即同名点1 ； 其主要通过改变传统数字图像相关的像素块的构建方法，再利用自行编制的计算机程序对图像A和图像B进行数字散斑相关变形分析来实现，具体步骤如下(1)首先，根据材料承受的外荷载大小以及受力变形特性对材料表面的最大位移做出初步估算，据此在图像B上划定一个1 点的搜索范围，如以1 点为中心，半边长为300像素的一个正方形像素区域；(2)对于图像A的1 像素点，以其为左上角点、右上角点、右下角点和左下角点以及中心点分别构建一个边长为21个像素的正方形像素块Bal、Ba2、Ba3、Ba4和Ba5 ；(3)在图像B搜索范围内选择任意一点Η ，也以其为左上角点、右上角点、右下角点和左下角点以及中心点分别构建一个边长为21个像素的正方形像素块Κ 、Bbi2、Bbi3、 Bbi4 和 Bbi5 ；(4)像素块的坐标均采用局部坐标系，用来确定像素块上各个像素点的位置，只要两个像素块大小相同，其坐标原点及范围相同，计算结束后可转换为全局坐标；(5)分别按公式(1)计算出Bbil 和 Bal、Bbi2 和 Ba2、Bbi3 和 Ba3、Bbi4 和 Ba4 和 Bbi5 和Ba5的相关系数；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—两个大小相同的像素块的一个颜色分量的灰度相关系数，对RGB三个颜色分量分别计算得到相应的相关系数值，然后取平均值作为两个像素块的相关系数值； V (x,y) 一图像A上坐标为(x，y)处的像素颜色分量RGB的灰度值，取值(Γ255; u (x,y) 一图像B上坐标为(x，y)处的像素颜色分量RGB的灰度值，取值(Γ255; k一像素块的边长除以2后取整数。(6)对图像B上划定的搜索范围内所有像素点均按(3) (5)步骤计算出相关系数，然后从中找出相关系数最大对应的像素点Pbi作为图像A上1 点在图像B上的对应点 Pb，即得到Pa在图像B上的同名点Pb ；(7)分别记录图像A上1 点的坐标和图像B上1 点的坐标，按式(2)即可得到1 点的位移值，图像A其他像素点的位移分析与之相同。Δχ= xb -χαJiF=X^yi2(2)As = jAx2 + Aj2式中Δ χ— 1 点在横向方向上的位移； xa_图像A上1 点的横坐标； Xb—图像B上1 点的横坐标； Δγ—Pa点在竖向方向上的位移； ya_图像A上1 点的竖坐标； yb—图像B上Pb点的竖坐标； As+I^a点的总位移；有益效果，由于采用了上述方案，本专利技术提出的方法与当前方法的重要区别在于像素块的构建方法与数量不同，图像灰度相关性系数计算采用的公式和对应点的判别方法与当前数字散斑相关方法相同，即对于图像A上的P像素点和图像B搜索范围内的任意一点P’， 分别以它们为左上角点、右上角点、右下角点和左下角点以及中心点来构建五个边长为21 像素的正方形像素块；由于小范围局部裂隙的伸展方向可简化为4种线性形式垂直型、水平型、左下倾斜型和右上倾斜型，因此，这5种像素块的相关性计算中至少有一种会避开裂隙的影响，计算分析出的两幅图像的“相同点”在实际中也是同名点，进而按同名点的像点坐标计算出的像点位移误差就很小。另外，由于本专利技术方法涵盖了非裂隙区域的传统图像相关性分析，因此也同样适用于非裂隙区域或没有裂隙产生的材料的变形分析。该方法可准确地在两幅相关图像中寻找到各个同名点，图像中可含裂隙，所述的同名点为实际物点在不同图像上的投影点，解决了使用常规数字散斑相关技术对含动态裂隙材料进行分析时存在较大误差甚至错误的问题，提高了含动态裂隙材料的变形量测精度，达到了本专利技术的目的。优点有效避免了现有数字散斑相关变形分析技术对含动态裂隙的序列图像上同名点的判断错误，提高了含动态裂隙材料的变形量测精度，巩固了数字散斑相关方法在材料复杂变形破裂精细化观测中的优势地位，有利于数字散斑技术在实验力学研究领域的进一步推广应用。附图说明图1为裂隙产生前的图像示意图。图2为裂隙产生后的图像示意图。图3为常规方法对含局部裂隙材料裂隙前的分析示意图。图4为常规方法对含局部裂隙材料裂隙后的分析示意图。图5为岩体局部裂隙分布的4种简化型式。图6为本专利技术的“一点五块”法”对含局部裂隙材料裂隙前的分析示意图。图7为本专利技术的“一点五块”法”对含局部裂隙材料裂隙后的分析示意图。具体实施例方式实施例1 使用数码相机拍摄一组在外荷载作用下的材料图像，这一组材料图像作为一个序列，选择其中两张图像，一张为裂隙产生前的图像A，一张为裂隙产后的图像B， 将这两张图像通过数据电缆传输到计算机上，当要分析图像A上裂隙边缘的任意一个像素测点1 的位移时，就需准确找到它在图像B上的对应点，即同名点1 ；其主要通过改变传统数字图像相关的像素块的构建方法，再利用自行编制的计算机程序对图像A和图像B进行数字散斑相关变形分析来实现，具体步骤如下(1)首先，根据材料承受的外荷载大小以及受力变形特性对材料表面的最大位移做出初步估算，据此在图像B上划定一个1 点的搜索范围，如以1 点为中心，半边长为300像素的一个正方形像素区域；(2)对于图像A的1 像素点，以其为左上角点、右上角点、右下角点和左下角点以及中心点分别构建一个边长为21个像素的正方形像素块Bal、Ba2、Ba3、Ba4和Ba5 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李元海，林志斌，靖洪文，杨圣奇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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