[发明专利]一种高灵敏度数字图像位移频域分析方法

说明书

本发明属于工程测量领域，并具体公开了一种高灵敏度数字图像位移频域分析方法。该方法包括获得变形前后图像的分析区域，对其像素的灰度值进行变换，得到第一变换结果和第二变换结果，通过计算得到第一函数和其对应的频谱矩阵W(ξ,η)，该频谱矩阵W(ξ,η)取得最大值的坐标即为整像素位移，结合广义增采样技术得到以上一次迭代的总位移为中心，以预设步长为间隔的m×m大小的频谱矩阵W₁(ξ′,η′)，然后对该频谱矩阵W₁(ξ′,η′)进进行曲面拟合，该曲面最大值坐标与矩阵中心点坐标的距离即为当前迭代的亚像素位移，重复计算直到总位移之差小于容许阈值。本发明通过广义增采样技术对某一部分的频谱矩阵进行分析，不仅可以提高了计算效率，又能使计算的灵敏度得到了极大地提升。

技术领域

本发明属于工程测量领域，更具体地，涉及一种高灵敏度数字图像位移频域分析方法。

背景技术

测量结构变形从而得到材料力学性能一直是广大工程和力学工作者所关心的重要课题。在材料的力学行为实验中，通常将材料做成标准试样，然后借助引伸计获取试样变形，从而计算出材料的力学性能。

早期主要使用机械杠杆式引伸计进行测试，现在通常使用应变式引伸计。应变式引伸计的敏感变形元件是由弹性材料制成的悬臂梁，梁上粘有测量变形的应变片，应变片分为金属电阻应变片和半导体应变片两种，其中前者的灵敏度系数较低，后者的灵敏度系数存在非线性和受温度影响大的缺点。并且由于它们采用的都是接触式测量方式，在多次反复使用时会引进多方面的误差，且适用范围方面受到极大的限制。

因此，非接触式的数字图像测量方法应运而生，但是目前数字图像测量只适用于测量移动距离较大的情况。因在空域法和频域法中的误差致使测量的精度和灵敏度达到了一个瓶颈，无法实现微小形变的测量。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种高灵敏度数字图像位移频域分析方法，其中采用增采样技术并对其进行改进，相应能够提高计算效率和灵敏度，因而尤其适用于微小形变测量之类的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种高灵敏度数字图像位移频域分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)利用拍照设备在同一位置拍摄同一物体变形前后的两幅图像，然后在上述两幅图像中相同部分内分别选取一个分析区域；

(b)根据选取的两个分析区域内像素的灰度值获得物体变形前的第一变换结果和物体变形后的第二变换结果，并通过计算得到第一函数和该第一函数对应的频谱矩阵W(ξ,η)，所述频谱矩阵W(ξ,η)取得最大值的坐标即为因物体变形而引起的整像素位移(U₁,V₁)；

(c)通过所述第一函数获得以上一次迭代的总位移(U₃^n-1,V₃^n-1)为中心，以预设步长为间隔的m×m大小的频谱矩阵W₁(ξ′,η′)，对所述频谱矩阵W₁(ξ′,η′)进行曲面拟合得到拟合方程，通过求解该拟合方程的极值点确定所述曲面的最大值坐标，该最大值坐标与矩阵中心点坐标的距离即为因物体变形而引起的当前迭代的亚像素位移(U₂ⁿ,V₂ⁿ)；