[发明专利]数字散斑自适应帧频解调算法

说明书

本发明公开了一种数字散斑自适应帧频解调算法，包括以下步骤：首先任意选取图像序列中的相邻两帧图像及一帧非相邻帧图像，作为某帧时刻的输入数据，对选取的数字散斑图像进行傅里叶变换得到散斑的频谱，然后设计频率带通滤波器和方向滤波器对三幅数字散斑图像进行带通滤波及方向滤波，其次对频域处理后的数字散斑图像进行反傅里叶变换，计算角度和幅值，对散斑图像相位做两两相位差，对上述相位差再做加权平均得到整体相位差，最后带入预测模型，计算最后振幅量。本发明方法简单，在保证高计算精度的同时，能够进行高速实时分析，适应较差的外场测试；同时能够针对特定方向进行分析测量，不易引入其它方向干扰，适应不同材质的振动特性。

技术领域

本发明涉及数字散斑干扰测量技术领域，特别是涉及一种数字散斑自适应帧频解调算法。

背景技术

数字散斑干扰测量技术相较于传统测量技术，具有精度高/无需接触等特点，在建筑业以及医疗行业有着广泛应用。然而现存算法存在以下问题：

1)结构复杂，设备要求精度高；

2)算法技术复杂，难以达到实时分析的目的；

3)全方向分析，针对特殊方向计算容易引入其它方向干扰；

4)技术精度有限，对特殊材质难以响应。

为获得高精度的位移变化量，在相机ccd尺寸一定的前提下，就需要进行亚像素分析。目前针对数字散斑干扰测量技术常用的算法如下：

1)相关搜索的亚像素插值算法：

假设需要精度为0.01个像素单位作为进度，则至少需要将图像进行长宽各100倍的插值处理。抛开插值算法不同，其带来计算量增加；同时由于图像本身噪声影响，导致最终插值图像与实际图像反馈信息误差较大，影响最终结果的准确性；

2)曲面拟合求解亚像素位移：

通过计算相邻8个点的相关系数，进行拟合为连续的曲面，然后求出曲面的极值点作为最终的结果。但是该算法位移求解精度受相关搜索区域大小的影响，好的结果必须需要较大的区域参与计算，同时受到曲面函数和相关函数的影响，计算精度低；

3)Newton-Raphson迭代法(N-R算法)：

N-R算法是1989年由Sutton与bruck等人提出，通过采用一阶函数来描述图像子区域的位移或者变形模式。NR算法在上述算法中精度高，但是需要较好的初值，同时计算量是前者的数十倍。

综上，当前算法面临的问题如下：

(1)精度与计算时间的矛盾，在精度要求下当前算法无法完成嵌入式端的高速实时分析；

(2)在设备分析过程中，需要保证设备稳定无振动，难以适应较差的外场测试；

(3)当前算法计算结果往往是多个方向位移的矢量和，无法单独对特定方向进行分析测量；

(4)在固定帧率的高速相机下，无法适应不同材质的振动特性。

因此亟需提供一种新型的数字散斑自适应帧频解调算法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种数字散斑自适应帧频解调算法，方法简单，在保证高计算精度的同时，能够进行高速实时分析。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种数字散斑自适应帧频解调算法，包括以下步骤：

S1：任意选取图像序列中的相邻两帧图像及一帧非相邻帧图像，作为某帧时刻的输入数据，对选取的数字散斑图像进行傅里叶变换得到散斑的频谱；

S2：设计频率带通滤波器对选取的数字散斑图像进行带通滤波；