[发明专利]基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法

说明书

本发明是关于一种基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法，其包括：分别获取材料形变前的正投影图像和形变后的正投影图像；利用光流算法获得形变前后的两幅图像之间的面内位移场；根据楔面数学关系，由所述面内位移场得到材料形变的离面位移场。当物体在显微镜下发生形变时，固体材料的形变可被看作楔面形变，得到面内位移与离面位移的数学关系，本发明利用光流法得到材料的面内位移场，进而得到材料的离面位移场。本发明方法只需一部相机拍摄两幅图像即可完成测量，不需要干涉光路，对于测试环境的适用性较强，适合工业检测，同时可大幅降低测量误差，降低测量速度，具有较高的测量精度，且适合于动态测量。

技术领域

本发明涉及工业检测技术领域，特别是涉及一种基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法，具体涉及一种。

背景技术

固体材料的纳米尺度三维形变的检测技术一直以来都是科研人员试图攻克的难题。所谓的三维形变主要是指物体在x(水平方向)、y(竖直方向)、z(离面方向)三个方向的形变位移量，其中x与y方向的位移被称为面内位移，z轴方向的位移被称为离面位移。目前用于面内位移测量的方法有数字图像相关法、块运动匹配估计法等等，而用于测量离面位移的方法有投影栅法、干涉条纹法、显微扫描法等等。然而，关于面内位移的测量算法对于离面位移均不敏感，无法一步到位实现三维形变的测量，而离面位移的测量方法中装置普遍比较复杂，扫描法的测量时间太长，条纹、投影法对于环境的要求较高，而且需要相位解包络操作，误差较大精度较低，不适于工业检测。

光流算法(Optical flow or optic flow)是信号学中的一种图像识别方法，在样型识别、计算机视觉以及其他影像处理领域中非常有用，可用于运动检测、物件切割、碰撞时间与物体膨胀的计算、运动补偿编码，或者通过物体表面与边缘进行立体的测量等等。但是现有技术并没有采用光流算法测量纳米尺度形变的先例。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法，所要解决的技术问题是现有技术难以测量固体材料纳米尺度三维形变。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法，其包括：

分别获取材料形变前的正投影图像和形变后的正投影图像；

利用光流算法获得形变前后的两幅图像之间的面内位移场；

根据楔面数学关系，由所述面内位移场得到材料形变的离面位移场。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法，其中所述的利用光流算法获得形变前后的两幅图像之间的面内位移场；根据楔面数学关系，由所述面内位移场得到材料形变的离面位移场，具体包括：

将形变看作楔面形变，根据楔面数学关系，材料形变的离面位移w由式(1)计算得到：

w＝R sinθ                     (1)

式(1)中，R为图像宽度；θ为形变楔角，其由式(2)计算得到：

式(2)中，d为变前后的两幅图像之间的面内位移场；R为图像宽度且已知；θ为形变楔角；u和v分别为形变前后的两幅图像之间的面内位移场的两个分量，其中，u和v利用光流算法计算得到。

优选的，前述的基于光流算法测量显微镜下纳米尺度三维形变的方法，其中所述光流算法为Horn-Schunck光流算法，经Horn-Schunck光流算法计算得到u和v，其分别为式(3)和式(4)迭代所得到的uⁿ⁺¹和vⁿ⁺¹：