[发明专利]基于岩土材料变形时空非均匀特征的DSCM分析方法

说明书

本发明公开了一种基于岩土材料变形时空非均匀特征的DSCM分析方法,可通过动态调整像素测点的搜索范围来提高图像分析效率。本发明基于岩土材料时空非均匀变形特征，依据参考网格的分析结果来确定图像中所有像素测点的搜索范围。本发明通过编程在软件中得以实现，适用于多种类型岩土材料的数字散斑相关分析，能够大幅减少进行图像相关分析的像素点数量，有效提高数字散斑相关方法的图像分析速度。本发明通过与考虑岩石裂隙影响的数字散斑相关分析的精度优化方法相结合，可在提高计算精度的同时，提高图像分析的速度。本发明能够有效“抑制”图像噪声产生的测点位移分析误差或错误，从而可以提高岩土材料变形的数字散斑相关量测精度。

技术领域

本发明涉及一种数字散斑相关分析法，具体涉及一种基于岩土材料变形时空非均匀特征，通过动态调整像素测点的搜索范围来提高图像分析效率的数字散斑相关分析法。

背景技术

数字散斑相关方法(digital speckle correlation method, 简称DSCM）是一种以数码相机或CCD摄像机等工具作为数字化图像采集设备，并利用数字图像处理分析技术，计算追踪不同阶段中数字化散斑图像几何点的坐标变化，从而实现位移量测以及变形分析的一种量测方法。DSCM作为一种光测方法具有全场性、非接触性以及高精度等特点，适用于岩土材料变形过程的可视化量测，在岩土工程模型实验中有着普遍而独特的作用。近年来，随着数字照相设备以及计算机硬件的快速发展，DSCM在包括岩土工程在内的各领域实验研究中得以广泛应用。如在铁路轨道变形研究中，由于此技术的量测特性，可获得常规方法难以求取的位移数据；在滑坡变形场研究中，应用DSCM可计算滑坡体上各个点的方向和位移变化量，得到测点的滑坡位移分布图；利用此技术的三维观测系统可有效观测岩石变形破坏机制，为岩土介质宏细观变形破坏机制的研究提供重要借鉴。数字散斑相关法在各领域的广泛应用彰显了此方法突出的优越性。一般来说，DSCM系统由硬件与软件两部分组成，分别实现图像采集与图像分析两项核心功能，在当前实验条件下，硬件设备基本能够满足各实验对于图像采集的要求，因此，提供一种DSCM快速分析方法，进而形成一套高效完整且可满足用户需求的分析软件则成为DSCM方法推广的关键所在。

提高图像分析的速度和变形量测的精度是优化DSCM系统的两个最为关键的研究内容。

关于通过动态调整像素测点的搜索范围提高DSCM系统图像分析速度的研究，目前可归纳为两种代表性思路：一是在搜索半径不变的情况下通过调整搜索的角度缩小搜索范围，减少相关分析中像素点的搜索数量从而提高分析速度；二是通过调整搜索半径缩小搜索范围从而提高分析速度。关于第一种思路，《岩土工程学报》2015年第8期中，《基于岩土渐进变形特征的数字散斑相关优化分析法》提出了一种基于岩土渐进变形特征的“局部定向搜索”快速分析方法，提高图像分析速度。关于第二种思路，《光学技术》2013年第3期中，《预测搜索算法在图像相关中的应用》介绍了一种将散斑图分成若干子区域，利用相邻子区域之间位移的加权来预测未知区域的位移，在预测的区域附近进行小范围的搜索寻找相关系数最大的区域进而提高计算速度的方法。但是，此方法采用划分子区域加权计算的方式进行预测，在应用于变形情况复杂的岩土材料中存在一定的误差，在提高分析速度的同时，一定程度上降低了分析的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种基于岩土材料变形时空非均匀特征的DSCM快速分析方法。本发明方法，基于调整搜索半径缩小搜索范围的思路，通过划分参考网格，并将网格单元节点的最大位移作为网格单元内测点的搜索半径实现动态搜索。本发明以网格单元节点的最大位移作为网格单元内测点的搜索半径，相对于通过加权方式确定像素测点搜索半径的方法，在量测精度方面存在着优势。

本发明基于岩土材料所具有时空非均匀性变形特征，即岩土材料变形的大小在不同的时间点或阶段以及不同的空间区域往往有着明显的不同，针对DSCM系统图像分析速度问题，通过动态调整像素测点的搜索范围来提高图像分析效率。本发明通过在软件中编程实施上述方法，实现发明目的。