[发明专利]用于材料表面的位移场测量方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明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，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；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，第一图像和第二图像的尺寸相同；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运动边缘部位、裂缝以及切口等出现不连续位移位置的位移场，缩短了位移计算的时间。

技术领域

本发明涉及固体力学技术领域，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。

背景技术

在工程技术领域，DIC(Digital Image Correlation，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，在处理物体边缘、裂缝以及切口等存在不连续位移的地方，上述算法不能取得理想的结果。

针对上述问题，现有技术还提出将目标函数由L2范数形式改造为L1范数形式的方法以解决位移场的“过光滑化”问题，但是，此方法仍因其目标函数的不可微性而产生计算上的困难。虽然有许多学者提出解决此问题的方法，但L1范数的光流算法仍未与工程上的DIC技术很好地结合。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于材料表面的位移场测量方法，以解决现有技术中测量不连续位移时存在的计算困难的技术问题。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。

本发明实施例还提供了一种用于材料表面的位移场测量装置，以解决现有技术中测量不连续位移时存在的计算困难的技术问题。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。