[发明专利]一种基于可变窗口匹配技术的数字图像相关方法

说明书

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于可变窗口匹配技术的数字图像相关方法，其采用可变搜索窗口，实现了可作用于整像素搜索的快速搜索方法，实现快速准确的整像素测量，大大提高了像素点匹配效率，缩短了计算时间。所述基于可变窗口匹配技术的数字图像相关方法，其不需要进行全场整像素搜索，只针对第一个点和亚像素搜索不成功的点进行整像素搜索，提高了计算速度，并有矫正搜索误差的能力。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于可变窗口匹配技术的数字图像相关方法。

背景技术

数字图像相关方法，即DIC技术是一种非接触，非干涉式的全场光学测量方法，被广泛应用与全场位移和应变测量中。在物体表面自然散斑或者人工喷涂散斑，当物体发生变形或位移时候，散斑也发生变化。通过机拍摄变形前后散斑图像，并比较相关性，计算出出物体全场位移以及应变。

数字图像相关方法通常长分为整像素搜索和亚像素搜索两部分，整像素搜索的常用有逐点搜索，人工标定，爬山搜索，人工鱼群搜索等算法。其中逐点搜索时一种全局搜索算法，准确度高，但耗时大；爬山搜索，人工鱼群等智能搜索容易陷入局部最优的误差；人工标定的方法操作不便。

数字图像相关方法的测量精度主要取决于亚像素测量精度，现在较为常用的亚像素测量方法是高斯牛顿反向组合算法(ICGN)。它是一种迭代算法，需要提供较为准确的初始变形猜测，通常是将整像素的搜索结果作为初始猜测进行亚像素搜素。

发明内容

为了解决上述现有技术中数字图像相关方法的缺陷，本发明提出了一种基于可变窗口匹配技术的数字图像相关方法，是一种可作用于整像素搜索的快速搜索方法，其采用可变搜索窗口，实现快速准确的整像素测量，大大提高了像素点匹配效率，缩短了计算时间。

本发明提出了一种基于可变窗口匹配技术的数字图像相关方法，首先获取参考图像上至少一个任意计算点在目标图像上的最佳匹配像素点；然后基于最佳匹配像素点计算目标图像与参考图像之间的变形参数取值；参考图像为试件变形前的拍摄图像，目标图像为试件变形后的拍摄图像；最佳匹配像素点的获取包括以下步骤：

SA1、令计算点在参考图像上的像素坐标记作(x0，y0)，计算点记作P(x0，y0)；获取参考图像上以P(x0，y0)为中心的第一设定区域作为参考子区R；获取目标图像上以像素坐标(x0，y0)为中心的第二设定区域作为搜索区域；

SA2、获取搜索区域内各个像素点与计算点P(x0，y0)的相关系数；令搜索区域以像素点Q(x1,y1)为中心的第一设定区域记作像素点Q(x1,y1)对应的目标子区；搜索区域内像素点Q(x1,y1)与计算点P(x0，y0)的相关系数，为Q(x1,y1)对应的目标子区与参考子区R的相关系数；

SA3、判断搜索区域内是否存在对应的相关系数大于设定的相关阈值的像素点；

SA4、否，则以像素坐标(x0，y0)为中心扩大搜索区域范围，以形成新的搜索区域，获取新的搜索区域内各个像素点与计算点P(x0，y0)的相关系数，然后返回步骤SA3；

SA5、是，则获取搜索区域内对应的相关系数最大的像素点作为计算点的最佳匹配像素点。

优选的，步骤SA2中目标子区与参考子区的相关系数的计算公式如下：

其中，R(x,y)为参考子区R中像素坐标为(x,y)的像素点的灰度值，T(x',y')为目标子区T中像素坐标为(x’,y’)的像素点的灰度值，为参考子区R的平均灰度，为目标子区T的平均灰度；表示目标子区T中像素坐标为(x’,y’)的像素点在目标子区T上位置等同于参考子区R中像素坐标为(x,y)像素点在参考子区R上的位置；即目标子区T上像素点(x’,y’)与目标子区T中心点构成的矢量坐标等于参考子区R上像素点(x,y)与参考子区R中心点构成的矢量坐标。