[发明专利]一种基于SIFT改进的数字图像相关法可实时检测方法

说明书

本发明公开了一种基于SIFT改进的数字图像相关法可实时检测方法，它涉及一种变形检测方法；它包含如下步骤：一、获取变形前后的灰度图像；二、计算亚像素曲面拟合；三、计算亚像素插值；四、建立不同高斯尺度空间构造连续尺度图像金字塔；五、从连续尺度空间中搜索和筛选特征点；六、结合所选取的特征点构建分析子区域；七、变形子区域位移计算；八、使用位移特征向量表示变形。本发明在保证位移场连续性的同时，使得调整计算速度和精度更加简洁方便在两个参数之间权衡，改进后的算法没有增加计算复杂度，节约前处理时间且对复杂边界具有更好的适应性，在相同的计算速度条件下可以达到更高的计算精度。

技术领域

本发明涉及一种变形检测方法，具体涉及一种基于SIFT改进的数字图像相关法可实时检测方法。

背景技术

土木工程材料如砂土、混凝土、岩石等具有多种材料混合而成。这些不同的材料极易形成粗糙不一的表面，这些表面对于光的反射效果会存在一定的差异，而这些差异有随机、非均匀等特点，因此捕捉这些差异可以在数字图像相关法中作为描述材料表面的一个特征。

当下土工材料变形监测方法一般用传感器法、超声波法等，而传感器法更为普遍。在受力试件，如建筑物和实验材料表面或内部粘贴或埋入许多变压片，实时监测这些应变片的电压变化换算成变形情况，可以实现建筑物变形检测。但是此方法会对材料本身的强度或变形状态造成影响，同时会容易失灵且装置部署较为繁琐。

土工材料或结构的变形检测在实验室中或工程上被广泛应用，而电阻应变测量是材料变形监测领域的传统方法。将应变计粘合在被测构件表面，当受力变形时，应变计顺着构件一起变形，此时变形计的电阻值产生相应的变化，通过电阻应变仪测量应变计中电阻的改变并转换成应变值，测量应变的仪器主要有线性位移传感器和引伸计等，但测量仪器线路繁复，仅能用于单点单向测量且在获取完整结果前需做精准装置。由于测量应变常用的应变片需要提前贴片部署复杂，且测量的往往是一定面积内的平均应变，对于某些无法直接接触场合也不适用。

数字图像相关法是一种光学变形检测方法，其基本原理是采集和分析变形前后的变形图像得到试件表面的变形情况，从而避免了电阻法和传感器法等对待测对象的物理影响的缺点；同时应用光测量方法进行变形检测使得分析材料的获取和分析过程更加方便和快速。SIFT算法是一种基于尺度变换的特征匹配算法它通过高斯滤波器平滑图像后构建多个连续尺度的空间，并提取出这些在连续尺度中变化量极小的尺度不变不特征点，这些特征具有旋转和尺度不变性，常用以计算机视觉的特征匹配中。同时国内外的一些学者在该算法应用于特征提取的应用方向上对该算法进行了改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，通过应用计算机视觉相关技术，提供一种基于SIFT改进的数字图像相关法可实时检测方法，在传统的数字图像相关法分析材料变形的技术方案的基础上，对其中的部分分析方法和流程进行改进，在保证高精度的同时，能够大幅度提高数字图像相关法的分析速度，同时没有增加分析时前处理和后处理的复杂度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含如下步骤：

一、获取变形前后的灰度图像；

二、计算亚像素曲面拟合；

三、计算亚像素插值；

四、建立不同高斯尺度空间构造连续尺度图像金字塔；

五、从连续尺度空间中搜索和筛选特征点控制计算速度；

六、结合所选取的特征点构建分析子区域；

七、变形子区域位移计算；

八、使用位移特征向量表示变形。

进一步地，步骤一中获取变形前后的灰度图像的具体方法如下：CDD相机可以直接捕捉灰度图像，或通过输入RGB彩色图像，经计算机转化获取子区域的灰度图像，彩色图像的灰度化公式如公式（1）所示；

公式（1）

公式（1）中为彩色图像的红色色强，为彩色图像的绿色色强，为彩色图像的蓝色色强。