[发明专利]一种数字图像相关的非均匀位移后处理方法及装置

说明书

本发明公开了一种数字图像相关的非均匀位移后处理方法及装置，真实位移场数据f计算公式如下：其中，m是与真实位移场数据f最高阶次直接相关的控制参数，是二项式系数，当i取1时，f₁是利用数字图像相关计算的结果位移场，当i取大于1的整数时，f_i是f₁经过i‑1次滤波得到的数据；其中，n为真实位移场数据f多项式的最高阶数；f₁经过i‑1次滤波得到的数据，i为大于1的整数，滤波窗口尺寸与相关运算的子区大小相同进行滤波。本发明不仅运算简单方便、运算量小、易于实现，更重要的是消除因形函数不匹配所造成的系统误差，使位移测量精度得到大幅度提高。

技术领域

本发明涉及一种数字图像相关的非均匀位移后处理方法及装置，属于光学测量及无损检测技术领域。

背景技术

数字图像相关(Digital Image Correlation)方法是光学测量领域一种发展迅速且在土木交通、材料测试、工业监测、生物医学、建筑结构等领域广泛使用的全场无损测量技术，主要是采集被测样品变形前后的数字图像并进行对比分析，通过预定义形函数(通常为一阶形函数)对参考子区和变形子区进行匹配评价和搜索分析，来获取目标区域每个点的位移以形成位移场数据，通过位移场数据利用数值差分等方法进而提取应变场数据。

形函数是利用预定义理想子区对实际变形子区进行表征的工具，决定着参考子区与变形子区之间匹配度的上限。但是以数学公式描述的形函数与实际多种多样的变形形式之间存在不可避免的误差，由形函数不匹配所造成的系统误差，一直困扰着数字图像相关方法的研究人员，这种误差在非均匀变形测量中表现的尤其明显，已经超过了其他所有类型的误差而成为最主要的系统误差。

国内外学者在数字图像相关亚像素算法及形函数方面有着诸多的研究成果，目前在均匀变形测量算法上已经能够满足常规实验的精度要求，在非均匀变形测量方面，现有技术中从理论上分析了一阶和二阶形函数所造成的系统误差，比较了一阶和二阶形函数针对不同测量需求各自所具有的优缺点，并定性地提出了子区尺寸大小选择的原则。然而，通过增大子区尺寸虽然能够有效抑制相关搜索过程中的随机误差，却会加剧形函数与真实变形之间的不匹配。而减小子区尺寸虽然能够明显减小由于形函数不匹配所造成的系统误差，但测量随机误差会明显增大直至无法收敛，而提高形函数的阶次则会显著增加运算复杂度和运算时间，同时提高对图像噪声的敏感性，降低测量鲁棒性。因此，寻找一种方便简捷、高精度和高鲁棒性的非均匀位移修正手段是目前数字图像相关非均匀变形测量的关键问题。

发明内容

目的：为了消除现有数字图像相关方法在非均匀位移测量方面，由于所使用形函数与真实变形不匹配所造成了过大的系统误差，进一步提高非均匀位移测量的精度和分辨率，本发明提供一种数字图像相关的非均匀位移后处理方法及装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种数字图像相关的非均匀位移后处理方法，包括如下步骤：

真实位移场数据f计算公式如下：

其中，m是与真实位移场数据f最高阶次直接相关的控制参数，是二项式系数，当i取1时，f₁是利用数字图像相关计算的结果位移场，当i取大于1的整数时，f_i是f₁经过i-1次滤波得到的数据；

m＝n₁/2+1

其中，n为真实位移场数据f多项式的最高阶数；

f₁经过i-1次滤波得到的数据，i为大于1的整数，滤波窗口尺寸与相关运算的子区大小相同进行滤波。

一种数字图像相关的非均匀位移后处理装置，包括如下模块：