[发明专利]物体内部形变的DVC测量方法

说明书

本发明提供一种物体内部形变的DVC测量方法，包括如下步骤:S1、定位初始点的整像素位移，并使用基于梯度的亚像素位移定位方法求出所述初始点的亚像素位移场；S2、使用牛顿迭代法计算出所述初始点的三维形变场；S3、根据计算出三维形变场的所述初始点，通过牛顿迭代法计算其它像素点的三维形变场。与相关技术相比较，本发明提供的物体内部形变的DVC测量方法用于物体内部形变的快速高精度测量，该方法计算与实现简单，且抗噪声能力强，对于物体内部细小形变有很好的测量效果，同时实现了DVC算法在串行设计下的高效计算，首先对于重心的计算其复杂度远远低于一个点的整像素位移场的计算，并且通过扩展搜索避免了多次全局搜索，使得计算复杂度大大降低。

技术领域

本发明涉及数字图像测量物体内部形变领域，尤其涉及一种物体内部形变的DVC测量方法。

背景技术

X射线微计算机断层扫描(UCT)成像是一种允许研究人员在不破坏物体结构可视化特征的内部结构的数字方法，被广泛的应用于各种数据采集中，典型的如骨骼等。随着研究发展以及计算机性能的进步，许多基于CT图像处理的数值方法如微有限元方法，数字图像相关(DVC)等被提出且应用到实验模拟中。

1999年Bay等人提出数字体图像相关(DVC)法，该方法可以直接测量骨组织重建后体图像的内部压力形变。作为2D数字图像相关法(2D-DIC)的直接扩展，该方法通过对比骨组织在受力形变前后状态下两组数字体图像，获得了该骨组织在特定压力作用下内部的全场形变和位移。近年来随着三维数字成像设备的不断发展，DVC方法在实验力学，生物医学工程以及材料工程等研究领域获得了广泛的关注与应用。

与2D-DIC方法的原理类似，DVC方法的原理是对比样本形变前后体数据同一位置的点获得三维形变场。在实际计算过程中，研究人员通常会遇到计算复杂度与测量精度等诸多问题。从计算复杂度来看，2D-DIC方法需要在(2N+1)²大小的立方体中计算字体块K²个点，而DVC方法需要在(2N+1)³大小的立方体中计算子体块K³个点，其复杂度是2D-DIC方法的K(2N+1)倍，在实际中，该数值通常在x1000以上。从测量精度来看，由于样本数据是离散的像素点，只能计算出样本形变前后整数级偏移，但实际上现实中的物体并不是离散的，所以仅仅是整数级偏移是远远不够的。

近年来DVC方法的研究重点一直集中在计算精度与计算效率上。在整体素的研究中发现，由于互相关算法在空域的计算相当于频域的逐点相乘，一种基于快速傅立叶变换的互相关算法被广泛使用。为了达到更高的精度，许多基于牛顿迭代法及其衍生方法的亚体素级方法被提出，比如Levenberg-Marquardt算法以及Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno(BFGS)算法等,使得DVC方法达到了0.1voxel级别的精度。Pan等人近年提出了三个加速DVC算法的思路：一是在计算亚体素梯度时通过反向方法近似体数据的Hessian矩阵，从而避免了复杂的Hessian矩阵求解；二是提出在迭代前寻找一个较为可行的偏移量预估计，从而在迭代时更快收敛以及得到更好的结果；三是记录下亚体素插值时各个体素的插值系数，从而在后续计算中直接查询而避免了再次计算。通过这些方法，DVC算法的计算速度达到了41个感兴趣点(Point of Interest，POI)每秒。总的来说，当前的亚体素位移算法依然具有精确度不足以及计算复杂度较高的缺点，考虑到DVC算法日渐增长的应用需求，一种高精度以及高效率的方法是亟待需求的。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种物体内部形变的DVC测量方法，其

为解决上述技术问题，本发明提供一种物体内部形变的DVC测量方法，包括如下步骤:

S1、通过形变前后体图像感兴趣区域的重心定位初始点的整像素位移，并使用基于梯度的亚像素位移定位方法求出所述初始点的亚像素位移场；

S2、根据亚像素位移场使用牛顿迭代法计算出所述初始点的三维形变场；