本技术介绍了一种三维数字图像处理方法,该方法通过自适应计算最优图像子区尺寸,以提高三维数字图像相关性(3D DIC)的准确性和效率。
背景技术
三维数字图像相关方法(Three-dimensional digital image correlation,3D-DIC)是一种可测量材料和结构(包括生物组织)全场形貌、位移和变形的非接触光学测量方法,在固体力学、材料科学和航空航天、土木工程等领域已获得广泛应用。这种方法通过对比被测物体在变形前后由立体成像系统采集的数字图像,并结合计算机立体视觉测量原理,能够获取被测试件表面的全场三维形貌、位移和应变。在实践中,为了精确地重建和跟踪每个计算点的三维坐标,需要进行不同相机图像之间的立体匹配和同一相机图像之间的时序匹配。无论是立体匹配还是时序匹配,都需要对相关函数进行非线性优化,并选择合适的匹配参数,主要包括图像子区尺寸和形函数。然而,现有的3D-DIC软件往往将参数选择交由用户手动设置,缺乏明确指导,导致很难获得最优的计算结果。研究表明,这些匹配参数的选择需要充分考虑实验过程中的散斑质量以及试件的局部变形情况,所以实际3D-DIC计算中各个计算点的立体匹配和时序匹配步骤所需的最优计算参数并不一致,需要针对每个计算点单独设置最优计算参数。因此,如何实现最优计算参数的自适应选择成为实现自适应、精准3D-DIC测量的关键问题和重要挑战。
现有针对数字图像相关方法中匹配参数的自适应选择问题主要包含基于散斑质量评估的方法。这种方法仅考虑散斑质量,通过评估DIC图像匹配的随机误差,提出使用图像子区灰度梯度平方和(Sum-of-square subset intensity gradients,SSSIG)作为评价指标。具体而言,该方法首先设定一个SSSIG阈值,然后逐渐增大图像子区尺寸,直到达到SSSIG阈值为止。通过这种方式为每个计算点选择最优的图像子区尺寸,从而降低全场计算点的匹配随机误差。
然而,选择最优的图像子区尺寸需要同时考虑局部散斑质量和局部变形大小。而散斑质量评估方法仅考虑了局部散斑质量,即:仅优化了匹配中的随机误差,因此该方法对于非均匀的复杂变形测量可能失效,无法为复杂变形情况下选择最优参数。这意味着在实际应用中,仅仅依靠散斑质量评估方法可能无法达到所需的匹配精度和稳定性。
现有方法在面对复杂变形情况下可能失效,无法同时考虑局部散斑质量和局部变形,这些问题限制了参数自适应选择方法在实际应用中的实用性和可靠性。
实现思路