[发明专利]基于双通道结构散斑互相关算法的改进数字图像相关方法

说明书

本发明提供一种基于双通道结构散斑互相关算法的改进数字图像相关方法，属于变形测量技术领域。该方法首先根据已知的待测试件尺寸，绘制结构散斑和随机散斑的数字图像，并制成散斑模板。然后处理待测试件表面，将随机散斑模板覆盖在试件表面，使用红色染料喷涂制作散斑点图案，待晾干后，将结构散斑图案覆盖在试件表面，使用蓝色染料制作结构散斑点到试件表面；再拍摄并存储试件的变形图像，分离出R通道和B通道数据。针对R通道和B通道分别分析、优化，得到更精确的图像变形数据。该方法实现了改进的数字图像相关方法，经验证可以适用于大变形和刚体等情况。

技术领域

本发明涉及变形测量技术领域，特别是指一种基于双通道结构散斑互相关算法的改进数字图像相关方法。

背景技术

近年来，基于数字图像相关方法的非接触式变形测量技术在光测力学、变形测量和各类工程测量领域得到了广泛的应用。数字图像相关法最早实在上世纪80年代初由日本的山口一郎^[1]和美国南卡罗来纳大学的Peter和Ranson等人^[2]相互独立提出，通过比较变形前后的数字图像中的子区灰度，来确定变形前的子区在变形后的图像中的位置。

数字图像相关方法需要被测试件表面具有随机分布的特征散斑图样。目前常用的是利用人工随机喷涂、机器制作或散斑模板等工艺手段来制作黑白色的散斑图样，上述工艺手段，一般采用黑色、或白色染色剂(如自喷漆、墨水等)，在试件表面制作黑白随机斑点，然后使用黑白CCD或CMOS相机采集试件表面的斑点场变形前后的数字图像。然后，使用如最小平方距离函数(SSD)等相关函数，计算两幅图像对应位置的相关性，最终得出对应点的变形信息。在上述计算过程中，图像数据只有单通道的灰度信息，一般为8位，由0-255个整数来表示灰度的深浅。

已经有学者利用彩色CCD相机，拍摄具有三通道RGB信息的彩色散斑图像，然后分离出RB通道信息，分别作为左右相机图像，进行双目立体三维数字图像相关计算^[3]。但是，在散斑形貌方面，其依然使用的是传统的随机分布斑点。并且后续的数据处理部分，依然是传统的数字图像相关计算方法。上述传统的随机分布斑点，在形如大变形或刚体位移情况下，会发生退相关情况导致数据结果具有较大误差。

参考文献：

[1]Yamaguchi I.A laser-speckle strain gauge[J].Journal of Physics E:Scientific Instruments.1981,14:1270～1273.

[2]W.H.Peters,W.F.Ranson.Digital Imaging Techniques in ExperimentalStress Analysis[J].Optical Engineering.1981，21:427～431.

[3]Li J,Dan X,Xu W,et al.3D digital image correlation using singlecolor camera pseudo-stereo system[J].OpticsLaser Technology,2017,95:1-7.

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于双通道结构散斑互相关算法的改进数字图像相关方法，该方法使用彩色相机采集具有蓝色结构特征和红色散斑特征的变形图像信息，然后使用互相关算法分别求解两个通道的图像数据，最终得到改进的数字图像相关方法，该方法经验证可以适用于大变形和刚体位移等情况。

该方法包括步骤如下：

(1)根据已知的待测试件尺寸，利用计算机绘制能够制作结构散斑和随机散斑的数字图像；

(2)利用微型激光雕刻机，把步骤(1)中绘制的2幅散斑图像，雕刻在纸张上，分别制成结构散斑模板和随机散斑模板；