一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法，步驟S1獲得變形前和變形后的物體圖像，步驟S2在兩幅圖像中同一物體相同部分處分別選取坐標(biāo)相同的分析區(qū)域；步驟S3分別對(duì)兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行快速傅里葉變換和數(shù)學(xué)處理，得到關(guān)于分析區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的灰度值、變形量以及關(guān)于數(shù)學(xué)處理中變量的函數(shù)；步驟S4為分別計(jì)算所述數(shù)學(xué)處理中變量取四個(gè)不同定值時(shí)獲得的四個(gè)不同函數(shù)；步驟S5為對(duì)步驟S4中四個(gè)不同函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，從而獲得第五函數(shù)；步驟S6對(duì)所述第五函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，得到包含物體變形量的脈沖函數(shù)，計(jì)算以獲得該脈沖函數(shù)中最高脈沖點(diǎn)的位置，該位置的坐標(biāo)即為物體變形造成在X軸方向和Y軸方向上變形量。
【專利說明】一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程測(cè)量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)量材料的結(jié)構(gòu)變形從而得到其力學(xué)性能一直是廣大力學(xué)工作者所關(guān)心的重要課題。在材料的力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)中通常將材料做成標(biāo)準(zhǔn)試樣，再借助引伸計(jì)獲取試樣變形，根據(jù)材料變形可計(jì)算出材料的力學(xué)性能。早期使用機(jī)械杠桿式引伸計(jì)，現(xiàn)在通常用應(yīng)變式引伸計(jì)，應(yīng)變式引伸計(jì)上的敏感變形元件是由彈性材料制成的懸臂梁，該懸臂梁的自由端為一刀口，工作時(shí)其與被測(cè)件緊密固定，梁上粘有測(cè)量變形的應(yīng)變片。
[0003]以上采用應(yīng)變片的接觸式測(cè)量方法存在如下問題:在一些織物，塑料等柔性材料上無法采用引伸計(jì)的測(cè)量方式；在高溫高壓等惡劣環(huán)境下，常規(guī)的應(yīng)變片根本無法適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境，且高溫會(huì)使構(gòu)件發(fā)生蠕變，即使采用高溫電阻應(yīng)變計(jì)也會(huì)因受到高溫影響可無法準(zhǔn)確測(cè)量；引伸計(jì)上的懸臂梁刀口會(huì)因長(zhǎng)久使用變鈍，從而導(dǎo)致接觸力下降而造成測(cè)試誤差；對(duì)于測(cè)試橡膠這類大變形材料或金屬斷裂疲勞試驗(yàn)中，引伸計(jì)懸臂梁刀口會(huì)因?yàn)椴牧蠑嗔褧r(shí)震動(dòng)和沖擊而嚴(yán)重?fù)p壞；對(duì)于一些微小試件時(shí)，沒有合適標(biāo)距的引伸計(jì)而無法測(cè)得變形。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法，其目的在于獲取物體由于自身變形造成的位移量，無需接觸構(gòu)件，不對(duì)構(gòu)件造成破壞，采用圖像處理技術(shù)分析物體變形，可快速獲取結(jié)果，由此解決目前方法中需要接觸物體表面或者處理步驟耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)的技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法，用于獲取物體由于自身變形造成的位移量，表面位移量即為物體由于變形或者移動(dòng)造成的質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)移動(dòng)距離，其特征在于，包含以下步驟:
[0006]S1:利用拍照設(shè)備在同一位置拍攝同一物體變形前后的兩幅圖像，且該兩幅圖像至少包括該物體的至少一個(gè)相同部分；
[0007]S2:在所述兩幅圖像中同一物體相同部分的區(qū)域內(nèi)分別隨機(jī)選取一個(gè)分析區(qū)域，該兩個(gè)分析區(qū)域的形狀和包含的像素?cái)?shù)量均相同，并且該兩個(gè)區(qū)域在圖像中像素的起始坐標(biāo)和像素的終點(diǎn)坐標(biāo)也分別相同；
[0008]S3:分別對(duì)所述步驟S2中兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的所述像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行快速傅里葉變換，分別得到表示物體變形前的第一變換結(jié)果和表示物體變形后的第二變換結(jié)果，由于物體變形后圖像相對(duì)于變形前圖像改變了變形造成的位移量，所以第二變換結(jié)果就是第一變化結(jié)果與位移量的函數(shù)；將第二變換結(jié)果乘以一個(gè)角度變量，進(jìn)一步得到第三變換結(jié)果，將所述第一變換結(jié)果和所述第三變換結(jié)果相加，以得到換算結(jié)果，所述換算結(jié)果為矩陣，對(duì)該矩陣進(jìn)行共軛相乘處理，得到關(guān)于變形前圖像的所述分析區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的灰度值、變形造成的位移量以及所述角度變量的函數(shù)；
[0009]S4:分別計(jì)算所述角度變量取第一定值時(shí)得到的第一函數(shù)、角度變量取第二定值時(shí)得到的第二函數(shù)、角度變量取第三定值時(shí)得到的第三函數(shù)以及角度變量取第四定值時(shí)得到的第四函數(shù)；
[0010]S5:對(duì)所述步驟S4中的第一函數(shù)，第二函數(shù)，第三函數(shù)以及第四函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，以抵消掉物體變形前圖像的灰度值在頻域中共軛相乘所引起的一個(gè)系數(shù)，從而得到第五函數(shù)；
[0011]S6:對(duì)所述第五函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，得到包含變形造成的位移量的脈沖函數(shù)，計(jì)算獲得該脈沖函數(shù)中最高脈沖點(diǎn)的位置，該位置的坐標(biāo)即為物體變形造成的位移量。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟S4中第一定值、第二定值、第三定值以及第四定值分別為O、π /2、π 以及 3 π /2。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟S5中獲得的第五函數(shù)I5如下所示:

【權(quán)利要求】
1.一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法，用于獲取物體由于自身變形造成的位移量，表面位移量即為物體由于變形或者移動(dòng)造成的表面質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)移動(dòng)距離，其特征在于，包含以下步驟: S1:利用拍照設(shè)備在同一位置拍攝同一物體變形前后的兩幅圖像； S2:在所述兩幅圖像中同一物體相同部分的區(qū)域內(nèi)分別隨機(jī)選取一個(gè)分析區(qū)域，該兩個(gè)分析區(qū)域的形狀和包含的像素?cái)?shù)量均相同，并且該兩個(gè)區(qū)域在圖像中像素的起始坐標(biāo)和像素的終點(diǎn)坐標(biāo)也分別相同； S3:分別對(duì)所述步驟S2中兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的所述像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行快速傅里葉變換，分別得到表示物體變形前的第一變換結(jié)果和表示物體變形后的第二變換結(jié)果，所述第二變換結(jié)果為第一變換結(jié)果與表面位移量的函數(shù)，將第二變換結(jié)果乘以一個(gè)角度變量，進(jìn)一步得到第三變換結(jié)果，將所述第一變換結(jié)果和所述第三變換結(jié)果相加，以得到換算結(jié)果，所述換算結(jié)果為矩陣，對(duì)該矩陣進(jìn)行共軛相乘處理，得到關(guān)于變形前圖像的所述分析區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的灰度值、表面位移量以及所述角度變量的函數(shù)； S4:分別計(jì)算所述角度變量取第一定值時(shí)得到的第一函數(shù)、角度變量取第二定值時(shí)得到的第二函數(shù)、角度變量取第三定值時(shí)得到的第三函數(shù)以及角度變量取第四定值時(shí)得到的第四函數(shù)； 55:對(duì)所述步驟S4中的第一函數(shù)，第二函數(shù)，第三函數(shù)以及第四函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，以抵消掉物體變形前圖像的灰度值在頻域中共軛相乘所引起的系數(shù)，以得到第五函數(shù)； 56:對(duì)所述第五函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，得到包含變形造成的位移量的脈沖函數(shù)，計(jì)算獲得該脈沖函數(shù)中最高脈沖點(diǎn)的位置，該位置的坐標(biāo)即為物體變形造成的位移量。
2.如權(quán)利要求1所述的一種獲取物體變形量的數(shù)字圖像分析方法，其特征在于，所述步驟S4中第一定值、第二定值、第三定值以及第四定值分別為O、31/2、31以及3 /2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種獲取物體變形量的方法，其特征在于，所述步驟S5中獲得的第五函數(shù)I5如下所示:
其中，I1、I2、I3以及I4分別為第一函數(shù)、第二函數(shù)、第三函數(shù)以及第四函數(shù)，U，V分別是其傅里葉變換后的坐標(biāo)單位，M，N分別是選取的所述分析區(qū)域的x，y方向的像數(shù)數(shù)量，dx和dy分別為變形造成的X軸，y軸方向的位移量。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種獲取物體變形量的方法，其特征在于，所述步驟S6中，所述脈沖函數(shù)及其換算過程為:
式中，M、N分別是選取的所述分析區(qū)域的X軸，y軸方向的像數(shù)數(shù)量，X和y分別為由圖像平面位移和像素點(diǎn)的灰度值組成的時(shí)空區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)單位，dx和dy分別變形造成的X軸，y軸方向的表面位移量，u, V分別是傅里葉變換后的坐標(biāo)單位，j為虛數(shù)單位，δ (χ)為狄拉克函數(shù)，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104200474SQ201410448654
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】何玉明, 葛慧 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)