[发明专利]一种自适应材料背景色的多尺度黑白散斑设计方法

说明书

本发明涉及一种自适应材料背景色的多尺度黑白散斑设计方法，用以对本身具有不均匀背景色和图案的材料进行多尺度的试验，该方法包括宏观观测区域的散斑生成部分、细观观测区域的散斑生成部分以及散斑设计图的合成部分，与现有技术相比，本发明具有满足多尺度需求、可调整性强、避免底漆遮盖、散斑堆叠和欠采样问题，且具有设计简单、适用性广等优点。

技术领域

本发明涉及数字图像检测领域，尤其是涉及一种用于图像分析的自适应材料背景色的多尺度黑白散斑设计方法。

背景技术

数字图像相关方法是一种根据试件变形前后的图像测量试件位移、应变等信息的测试方法，具有非接触、精度高、适用范围广等优点。在数字图像相关方法的计算中，通过试件表面的随机散斑来追踪分析，因此对试件表面进行处理，使其具有高质量的散斑组合对提高测量精度至关重要。黑白的高速相机和工业相机在科研和工业中广泛使用，且黑白散斑具有最高的对比度，因此黑白散斑是使用最为广泛的散斑设计颜色组合。

在试样表面制作散斑的常用方法有直接喷漆、转印、UV打印等。直接喷漆的制作方法是在试件表面先喷涂一层白色底漆，然后在白色底漆上喷涂黑漆，以此形成位置随机的黑色散斑。直接喷漆的方法操作便捷，使用广泛，但该方法制作得到的散斑颗粒在大小、分布密度上具有随机性，进而散斑质量不稳定；转印和UV打印的方法是将提前设计好的散斑组合，通过转印技术或打印机印刷到试件表面，因为散斑大小和分布都是提前设计的，因此该方法得到的散斑图像质量稳定。转印和UV打印方法的关键是设计散斑图。

在试件表面本身具有颜色或图案时，如花岗岩、带有纹理的木材、表面部分锈迹的钢材、混凝土切块等，转印和UV打印的方法都需要提前在试件表面喷涂一层底漆。然而，喷涂的底漆是全覆盖的且具有一定的厚度，在微米级精度的试验中发现，试件表面产生的极其微小的局部变形特征会被底漆遮盖，进而对试验的精度产生影响，该影响在小尺度、高精度的试验中是无法忽视的。此外，很多材料在变形过程中外观会发生变化，比如石英、方解石、塑料等在破坏过程中都会出现颜色变化。这些外观的变化是研究材料变形、破坏细观机理的重要现象，喷涂底漆会导致表面被掩盖而无法观测该现象。然而，对于本身具有不均匀颜色和图案的试件表面，如果不喷涂底漆则会降低图像质量、对测试精度产生影响。

同时，散斑的大小对数字图像相关方法分析精度有显著影响。若散斑过大会导致图像对比度差，使随机误差增大；若散斑过小，则会导致图像欠采样，使系统误差增大。在一些试验中，需要同时从多个尺度对试样进行观测，此时单一尺度的散斑无法同时满足多个尺度的测试需求。因此，针对本身具有不均匀背景色和图案的材料，当前已有技术无法满足多尺度的试验需求，迫切需要一种不需要喷涂底漆、满足多尺度测试需求的散斑设计方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自适应材料背景色的多尺度黑白散斑设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自适应材料背景色的多尺度黑白散斑设计方法，用以对本身具有不均匀背景色和图案的材料进行多尺度的试验，该方法包括宏观观测区域的散斑生成部分、细观观测区域的散斑生成部分以及散斑设计图的合成部分，其中，宏观观测区域的散斑生成部分包括以下步骤：

101)根据实验需求确定待测试样表面上的宏观观测区域范围；

102)根据宏观观测区域范围确定所需画布的尺寸；

103)对待测试样的表面进行扫描，得到宏观观测区域的材料背景色分布图，并将材料背景色分布图缩放变换为画布的尺寸大小，并基于最大间方差法对材料背景色分布图进行二值化；

104)确定宏观散斑在画布中的尺寸，进而根据散斑面积比确定画布网格的边长；

105)将画布按确定的边长进行网格化划分，并在每个网格内随机位置生成宏观散斑。