专利名称：基于随机并行梯度下降优化技术的快速数字图像相关测量方法
技术领域：
本发明涉及一种快速数字图像相关测量方法，尤其是一种利用随机并行梯度下降优化技术实现快速数字图像相关测量的方法，该方法可用于在线快速测量物体变形场参数。
背景技术：
数字图像相关方法(DigitalImage Correlation Measurement, DI CM)或称数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Measurement，DSCM)于 20 世纪80年代初由日本的 I. Yamaguchi (Yamaguchi I. A laser-speckle strain gauge [J]. Journal of Physics E Scientific Instruments, 1981，14 :1270 1273)和美国南卡莱纳大学的 W. H. Peter 禾口 W. F. Ranson(Peter W H, Ranson W F. Digital imaging technique in experimental stress analysis [J], Optical Engineering, 1982, 21 (3) :427 431)等独立提出。它通过对变形前后采集的物体表面的两幅图像(散斑场)进行相关处理，以实现物体变形场的测量。DIC(Digital Image Correlation中文全称数字图像相关)与传统干涉测量方法相比具有测试条件要求低、测试面积及量程变化范围大、精度高、可使用白光照明等优点。目前，它已经成为光学测量中的热门研究领域，并在材料性能测试、结构检测、电子元件检测、纳米力学、生物力学等方面已经有了广泛的应用，是目前最广泛使用的位移、应变测量技术。在实际应用中，如何提高精度和速度是DIC测量方法中的核心和难点问题，目前的DIC实现方法有双参数迭代法、Newton-Raphson迭代法、十字搜索法、爬山法、最小二乘法等，这些方法原理复杂，对复杂或大形变情况精度和鲁棒性较差，甚至有时可能得出错误结果。此外，上述方法并不能保证相关系数达到全局最优值，测量的精度和可信度也因此受到影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了利用随机并行梯度下降Stochastic Parallel Gradient Descent, SP⑶)优化技术实现DIC测量的方法，该方法通过对变形参数采用随机并行扰动，使相关系数收敛于全局唯一极值，由此得到变形参数，该方法原理简单，易于实现，是一种全新概念的DIC测量方法，可以实现DIC快速、高精度、高可靠性的测量，使用该技术还有望实现DIC的实时在线测量。本发明提供了的一种基于并行梯度下降优化技术的快速数字图像相关测量方法， 利用随机并行梯度下降技术的原理，通过对变形参数K进行扰动，使性能评价函数J(K)收敛到全局极值，最终得到该点的最优变形参数。本发明提供了的一种基于并行梯度下降优化技术的快速数字图像相关测量方法，首先利用电荷耦合元件相机获取物体变形前的散斑图像F (X，y)与变形后的散斑图像G (χ*, /)，然后按照以下具体步骤实现1)对于F(x，y)中任一点P，以P为中心取相关模板T，T中的点Q变形后对应G(x*， y*)中的点Q'，其变形参数设为K = [k0, ki; K，k5]；2)初始化变形参数矢量为K0 =
；3)依据随机并行扰动满足的规则产生随机扰动= [Sknj]； 4)根据式(1)计算扰动后的散斑图像G' (χ*, /)，并对G' 理，以进一步提高测量精度，其中式(1)为一阶变形公式
(χ*，y*)进行插值处
权利要求
1.一种基于并行梯度下降优化技术的快速数字图像相关测量方法，其特征是，利用随机并行梯度下降技术的原理，通过对变形参数K进行扰动，使性能评价函数J(K)收敛到全局极值，最终得到该点的最优变形参数。
2.根据权利要求1所述基于并行梯度下降优化技术的快速数字图像相关测量方法，其特征是，首先利用电荷耦合元件相机获取物体变形前的散斑图像F(x，y)与变形后的散斑图像G(/，/)，然后按照以下具体步骤实现1)对于F(x，y)中任一点P，以P为中心取相关模板T，T中的点Q变形后对应G(x*，/) 中的点Q'，其变形参数设为
3.根据权利要求2所述的快速数字图像相关测量方法，其特征是，步骤幻所述的相关模板为mXn大小的矩形模板，其中m是相关模块的长，η为相关模块的宽，或者根据测量物体变形类型不同而取的任意合理形状的其它模块。
4.根据权利要求2所述的快速数字图像相关测量方法，其特征是，步骤幻所述的性能评价函数J(K)为定义
全文摘要
本发明提出了一种基于并行梯度下降优化技术的快速数字图像相关测量方法，综合考虑被测物体的散斑场中任意一点的位移及其导数等相关参数，利用随机并行优化技术实现快速数字图像相关测量，该方法通过对变形参数采用随机并行扰动，使相关系数收敛于全局唯一极值，由此得到变形参数，该方法原理简单，易于实现，是一种全新概念的DIC测量方法，可以实现DIC快速、高精度、高可靠性的测量，使用该技术还有望实现DIC的实时在线测量。
文档编号G01B11/16GK102221341SQ20111006312
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者伏思华, 李松洋, 梁永辉, 王三宏, 龙学军 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学