[发明专利]一种基于数字图像衍射确定物体位移量及方向的方法

说明书

本发明公开了一种基于数字图像衍射确定物体位移量及方向的方法，属于工程测量领域。该方法通过在同一位置拍摄同一物体变形前后的两幅具有共同部分的图像，并各选取一个形状和包含的像素数量均相同的分析区域，进行快速傅立叶变换、乘变量、相加、共轭相乘、改变变量值得到四个关于变形前图像以及位移的三角函数、处理得到正弦三角函数和余弦三角函数、离散傅立叶变换、将余弦三角函数变换结果加上正弦三角函数变换结果与虚数j的乘积等图像处理过程，得到只有一个峰值点的脉冲函数，根据该脉冲函数的最高脉冲值对应的点的位置坐标即可直接确定图像变形的方向以及位移量。本发明操作简单、快速直观。

技术领域

本发明属于工程测量领域，涉及工程测量领域的物体变形方向确定方法，更具体地，涉及一种基于数字图像衍射的确定物体位移方向的方法。

背景技术

大型工程结构，如桥梁、输电塔架及隧道等的变形测量或监测是目前面临的重大技术课题。这些大型工程结构尺寸大，环境恶劣，人员携带测量仪器进行测量难度大且危险。图像视觉系统的出现为解决这一测量问题提出了一种可行的途径。用数字图像测量大型结构的变形方法具有远距离、无损、全场、自动化程度高、数据传输快等特点。

但是，现有的方法在获得物体位移量后，往往无法同时确定物体移动的方向。针对上述问题，传统的方法是在计算物体位移量前预先添加一个已知方向的位移量，最后得到物体移动方向后再减去预先添加的位移量，从而得到物体位移的方向和数值。但是这种方法操作繁琐，对操作人员要求较高，不利于推广应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新的物体位移方向判别方法，其目的在于，通过在无需接触构件，不对构件造成破坏的前提下，采用图像处理技术分析物体变形，同时确定物体位移的方向，从而使数字图像衍射法既可以测量物体的变形量也可以准确确定物体变形的方向。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于数字图像衍射确定物体位移量及方向的方法，包括如下步骤：

1)在同一位置拍摄同一物体变形前后的两幅图像，且该两幅图像至少包括该物体的一个相同部分；

2)在所述两幅图像中同一物体相同部分的区域内分别随机选取一个正方形的分析区域，该两个分析区域的形状和包含的像素数量均相同，并且该两个区域在各自所属图像中像素的起始坐标和像素的终点坐标也分别相同，并对该两个分析区域进行快速傅立叶变换；

3)将变形后的图像快速傅立叶变换结果乘上一个变量，产生一个特定相移量，并与变形前图像的快速傅立叶变换结果相加，并将相加得到的结果共轭相乘；因为变形后的图像和变形前的图像在小区域内可认为是平移的关系，所以共轭相乘之后得到的是一个关于变形前图像以及位移的三角函数；

4)通过改变步骤3中的变量值，得到四个关于变形前图像以及位移的三角函数；

5)根据步骤4得到的四个函数得到关于变形量dx和dy的正弦三角函数和余弦三角函数；

6)对余弦三角函数和正弦三角函数分别进行离散傅立叶变换，将余弦三角函数变换结果加上正弦三角函数变换结果与虚数j的乘积，即可得到只有一个峰值点的脉冲函数W(x,y)，图像原点到该脉冲函数的最高脉冲值对应的点的位置的方向就是所求位移量的方向；最高脉冲值对应的点的位置坐标值即相应坐标轴方向的位移量。

进一步地，步骤6中：