一种含动态裂隙材料的数字散斑相关变形分析方法

摘要

一种含动态裂隙材料的高精度数字散斑相关变形分析方法。首先，在材料产生裂隙前后的数字图像A和B上，利用数字图像相关原理分析裂隙附近像素点的位移时，针对图像A上一个像素测点P，在图像B上一定搜索范围内考察它的对应点时，分别以该测点和任意待考察的点为左上角点、右上角点、右下角点、左下角点以及中心点来构建五个边长相同的正方形像素块，然后，进行对应像素块的像素灰度相关系数计算，接着，在图像B的搜索范围内找出其中与图像A上的P点相关系数最大的对应点，最后，计算出这两点的坐标差值作为测点P的位移。该方法能够有效避免图像上的裂隙对其附近测点的像素灰度相关性计算的影响，从而提高了含动态裂隙材料的变形量测精度。

主权项

1.一种含动态裂隙材料的高精度数字散斑相关变形分析方法，其特征是：使用数码相机拍摄一组在外荷载作用下的材料图像，这一组材料图像作为一个序列，选择其中两张图像，一张为裂隙产生前的图像A，一张为裂隙产后的图像B，将这两张图像通过数据电缆传输到计算机上，当要分析图像A上裂隙边缘的任意一个像素测点Pa的位移时，就需准确找到它在图像B上的对应点，即同名点Pb；其主要通过改变传统数字图像相关的像素块的构建方法，再利用自行编制的计算机程序对图像A和图像B进行数字散斑相关变形分析来实现，具体步骤如下：（1）首先，根据材料承受的外荷载大小以及受力变形特性对材料表面的最大位移做出初步估算，据此在图像B上划定一个Pb点的搜索范围，如以Pa点为中心，半边长为300像素的一个正方形像素区域；（2）对于图像A上的Pa像素点，以其为左上角点、右上角点、右下角点和左下角点以及中心点分别构建一个边长为21个像素的正方形像素块Ba1、Ba2、Ba3、Ba4和Ba5；（3）在图像B上的搜索范围内选择任意一像素点Pbi，也以其为左上角点、右上角点、右下角点和左下角点以及中心点分别构建一个边长为21个像素的正方形像素块Bbi1、Bbi2、Bbi3、Bbi4和Bbi5；（4）像素块的坐标均采用局部坐标系，用来确定像素块上各个像素点的相对位置，只要两个像素块大小相同，其坐标原点及范围相同，计算结束后可转换为全局坐标；（5）分别按公式（1）计算出Bbi1和Ba1、Bbi2和Ba2、Bbi3和Ba3、Bbi4和Ba4和Bbi5和Ba5的相关系数；（1）式中： R₁₂—两个大小相同的像素块的一个颜色分量的灰度相关系数，对RGB三个颜色分量分别计算得到相应的相关系数值，然后取平均值作为两个像素块的相关系数值；v（x,y）—图像A上坐标为（x,y）处的像素颜色分量RGB的灰度值，取值0~255；u（x,y）—图像B上坐标为（x,y）处的像素颜色分量RGB的灰度值，取值0~255；k—像素块的边长除以2后取整数；（6）对图像B上划定的搜索范围内所有像素点均按（3）～（5）步骤计算出相关系数，然后从中找出相关系数最大对应的像素点Pbi作为图像A上Pa点在图像B上的对应点Pb，即得到Pa在图像B上的同名点Pb；（7）分别记录图像A上Pa点的坐标和图像B上Pb点的坐标，按式（2）即可得到Pa点的位移值，图像A其他像素点的位移分析与之相同；（2）式中：Δx—Pa点在横向方向上的位移；x_a—图像A上Pa点的横坐标；x_b—图像B上Pb点的横坐标；Δy—Pa点在竖向方向上的位移；y_a—图像A上Pa点的竖坐标；y_b—图像B上Pb点的竖坐标；Δs—Pa点的总位移。