基于改进亚像素配准的数字图像相关法研究

发布时间：2021-08-26 05:04

　　数字图像相关法（Digital Image Correlation,DIC）是一种新发展起来的光学测量方法,其主要目的是研究待测物体的应力应变情况。目前,国内外学者对数字图像相关法的研究主要围绕测量精度和计算效率两方面,因此本文围绕这两方面问题对数字图像相关法的基本原理、相关系数函数、整像素搜索及亚像素配准进行了深入的研究。计算效率方面,首先讨论了常用的几种相关系数函数,确定本文的相关系数函数;整像素搜索阶段,讨论了爬山搜索法、三步搜索法两个常用的方法,并将智能搜索算法——改进的杜鹃搜索法引入整像素搜索阶段,对其搜索策略进行了详细介绍,通过可控参数的计算机模拟散斑图进行验证后得出,改进的杜鹃搜索法无论是计算效率还是可靠性都是三种算法里最好的。测量精度方面,由于灰度梯度的准确性对亚像素配准的测量精度和计算效率有重要的影响,且传统计算灰度梯度的方法在计算梯度时易受噪声的干扰出现较大计算误差,故本文提出一种基于Huber函数正则化灰度梯度的N-R法。该算法应用Huber函数正则化进行灰度梯度计算,再应用牛顿迭代算法进行亚像素配准。通过模拟散斑图,在不同位移相同噪声和相同位移不同噪声两种情况下... 

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

常用测量系统

西安建筑科技大学硕士学位论文8DIC基本原理图如图2.2所示，即：为了求取图像中任意一点），（00yxQ的位移，在参考图像yxf），（中选取一个以点），（00yx为中心、尺寸为(2m+1)×(2m+1)像素的参考图像子区，在变形图像yxg），（中通过相关搜索方法匹配出相关度最高的以），（00yx为中心的目标图像子区来确定x、y方向的位移分量u、v。图2.2DIC原理图将存储在计算机里的试验数据利用数字图像相关法进行处理，由于人工喷涂的散斑具有随机性，每个散斑的小区域范围内的灰度值彼此不同，以此作为匹配过程的特征信息。位移分量被包含在变形前后图像子区间的坐标差中，而应变分量则包含于变形前后图像子区间的形态差中，则待测物体的位移尝应变场可有变形前后图像子区中包含的对应关系测量得到。我们需要选取一个相关系数函数来评价变形前后图像子区的相似程度：yyxgyxforrCx,C，，，（2-1）其中，Corr是相关系数函数，y)f(x,是参考图像子区中任意点)y,x(的灰度值，)y,xg(是任意点)y,x(在目标图像子区中的灰度值。参考图像子区与目标图像子区中任意一点的各分量对应变化情况如图2.3所示。假定)y,x(P00是参考图像子区中心点，)y,x(P00为目标图像子区中心点，点P与点P"的关系如下：100100vyyuxx（2-2）式中，u1、v1分别为点P所在子区x、y方向的位移。

西安建筑科技大学硕士学位论文9图2.3图像子区面内位移与变形假设点)y,x(Q为参考图像子区中任意一点，则点Q的坐标可由中心点P表示为yyyxxx00（2-3）其中，x、y分别为点P和点Q在x方向和y方向上的相对距离。变形后，与点Q对应的点Q"坐标为22vyyuxx（2-4）当参考图像子区与目标图像子区为平移变形时，坐标对应关系如上所示。然而，在多数常见情况下，简单的平移关系不能准确的表示出目标图像子区的变形情况，而是变形关系中存在转动、剪切与伸缩等。因此，我们需要一个复杂的式子来描述变形前后的关系。任意点)y,x(Q与变形后对应点)y,x(Q的关系可表示为：yvxvvyyyuxuuxxyxyx（2-5）有研究人员Lu[53]提出了更为复杂的变形关系表示：2yyxy2xxyx2yyxy2xxyxyvyxvxvyvxvvyyyuyxuxuyuxuuxx（2-6）式中，u、v为参考图像子区中心点P在x、y方向上的位移，ux,uy,vx,vy为u、v的四个一阶偏导数，Δx、Δy为点(x,y)到(x0,y0)的距离。在数字图像相关中，可根据试验对象变形的复杂度来选择不同面内位移的表征方法，以提高后续测量的准确性。


本文编号：3363602