[发明专利]一种基于数字图像衍射的物体变形量获取方法

说明书

本发明属于工程测量相关技术领域，其公开了一种基于数字图像衍射的物体变形量获取方法，该方法包括以下步骤：(1)在物体变形前后的两个图像中分别随机选取物体的相同部分的区域作为分析区域；(2)分别对两个分析区域的像素点的灰度值进行快速傅里叶变换以分别得到表示物体变形前的第一变换结果及表示物体变形后的第二变换结果，进而得到关于变形前图像对应的所述分析区域内像素点的灰度值、变形造成的位移量及角度变量的换算结果函数，进而得到第五函数及第六函数；(3)对所述第六函数进行傅里叶变换以得到包含变形产生的位移量的脉冲函数，进而得到物体变形产生的变形量。本发明提供的物体变形量获取方法的灵活性较高，且适用性较强。

技术领域

本发明属于工程测量相关技术领域，更具体地，涉及一种基于数字图像衍射的物体变形量获取方法。

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者监测是目前面临的重大技术课题。这些大型工程结构的尺寸较大，人员携带测量仪器进行测量的难度很大且危险。

目前，图像视觉系统的初出现为解决这一问题提出了一种可行的途径，采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，但是测量精度依赖于数字图像的物理分辨率，具有较大的局限性，不利于推广应用。相应地，本领域存在着发展一种灵活性较高的物体变形量获取方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于数字图像衍射的物体变形量获取方法，其基于现有结构变形量的获取特点，研究及设计了一种灵活性较高的基于数字图像衍射的物体变形量获取方法。所述物体变形量获取方法基于物体变形造成了表面位移，物体表面上具有许多微小特征点，这些微小特征点随着表面位移而移动，拍摄物体同一位置的变性前后的图像，对变形前后的图像进行傅里叶变换处理就相当于物理学中的双孔衍射会产生等间距的数字散斑条纹图，并对该数字散斑条纹图进行补零后再次进行傅里叶变换，以得到亚像素精度位移，精度不依赖于数字图像的物理分辨率，灵活性较高。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于数字图像衍射的物体变形量获取方法，所述物体变形量获取方法主要包括以下步骤：

(1)在物体变形前后的两个图像中分别随机选取物体的相同部分的区域作为分析区域；

(2)分别对两个分析区域的像素点的灰度值进行快速傅里叶变换以分别得到表示物体变形前的第一变换结果及表示物体变形后的第二变换结果，进而得到关于变形前图像对应的所述分析区域内像素点的灰度值、变形造成的位移量及角度变量的换算结果函数；

(3)分别计算所述角度变量取第一预定值、第二预定值、第三预定值及第四预定值时的第一函数、第二函数、第三函数及第四函数，并对所述第一函数、所述第二函数、所述第三函数及所述第四函数进行数学处理以抵消共轭相乘所引起的系数而得到第五函数；

(4)以所述第五函数对应的条纹图像为中心，通过在所述条纹图像周围以加零的方式将所述条纹图像扩大k倍，以得到第六函数；

(5)对所述第六函数进行傅里叶变换以得到包含变形产生的位移量的脉冲函数，计算获得所述脉冲函数的最高脉冲点的坐标，进而得到物体变形产生的变形量。

进一步地，步骤(1)中还包括采用相机在同一位置拍摄所述物体变形前后的图像，两个图像均分别包括所述物体的至少一个相同部分的步骤。

进一步地，步骤(2)中，将所述第二变换结果乘以一个角度变量得到第三变换结果，将所述第一变换结果与所述第三变换结果相加以得到换算结果，所述换算结果为矩阵，对该矩阵进行共轭相乘处理以得到关于变形前图像对应的分析区域内像素点的灰度值、变形造成的位移量及所述角度变量的换算结果函数。

进一步地，所述第三变换结果采用以下公式表示：