数字散斑相关方法及应用进展

数字散斑相关方法（DSCM）是一种可以测量变形和应变的光学非接触测量方法,其通过对变形前后物体表面的图像进行灰度信息相关计算来获取被测物的力学性能。本文叙述了数字散斑相关方法近年来在国内外的发展动态和应用现状,详细论述了基于自适应遗传算法、智能神经网络方法、小波变换法的一系列新型相关搜索方法。文章指出,近年来,数字散斑相关技术已发展到相对成熟,目前的研究重点是提高测试精度和图像处理速度,而提高散斑图像质量和研究高效的算法是需要努力的方向。     

基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法研究

针对水下双目图像匹配时不再满足空气中极线约束条件以及归一化互相关(NCC)算法处理水下图像计算量大等问题,提出了一种基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法。对双目摄像机进行标定得到相关参数,并获取参考图和待匹配图;运用曲线极线约束计算出与空气中极线的最大偏离值,确定最佳搜索域;用NCC进行匹配,将原来的线性搜索改为在最佳搜索域中进行多行搜索,提高匹配精度;并应用盒滤波技术加速,提高匹配速度。实验结果表明,该算法达到了尺度不变特征变换(SIFT)算法的匹配精度,可以应用在整幅图中进行稠密匹配,且运算速度比原有NCC匹配算法大大提高,成功将区域匹配算法应用于水下环境中。     

基于小波变换的新型数字散斑相关方法

通过将小波分析的方法应用到传统的空域相关计算中,提出了基于小波变换的数字散斑相关方法。详细介绍了该方法的原理,并对传统空域相关方法与小波相关方法进行了实验计算比较。实验结果表明,与传统的空域相关方法相比,基于小波变换的数字散斑相关方法大大提高了相关计算的精度,精度由0 05像素提高到了0 01像素以下。最后利用该方法测量了编织结构复合材料板在三点弯曲载荷作用下的位移场。     

正交小波变换在散斑图象相关计算中的应用

本文在散斑图象的相关计算处理技术中引入了二维离散正交小波变换,详细叙述了其原理,给出了实验计算的结果,并与原始的空域相关计算进行了比较,从中可以看出:无论是相关计算精度,还是相关搜索速度,小波相关都具有明显的优越性.     

基于遗传算法的数字图像相关法在微位移测量中的应用

对遗传算法、粒子群算法、人工鱼群算法三种整像素搜索算法在微位移测量中的应用进行了对比研究。以相关系数大小衡量图像的匹配精度,选择归一化互相关函数作为相关系数及算法的目标函数;对目标函数进行迭代求解,得到了整像素的微位移;以模拟散斑图为研究对象,对三种算法的匹配精度、搜索速度、微位移测量结果进行了对比分析。结果表明,遗传算法在匹配精度、搜索速度及微位移测量精度上具有明显的优势,能满足数字图像相关法在微位移测量中的应用需求。     

频率域数字散斑相关方法的研究

提出一种利用二维快速傅里叶变换（ＦＦＴ）经频率域匹配滤波实现数字相关运算以提取散斑图携带位移信息的频率域数字散斑相关方法。该方法因采取快速傅里叶变换、散斑限幅、滤波器优化等措施而减弱了空间域相关方法中不利因素对相关波峰的影响,提出了相关点定位的时效性和精确性。     

基于数字散斑照相术测量刚体面内位移

数字散斑照相术通常测量刚体的面内位移。从基本原理着手,研究了基于散斑照相术的两种常用方法,即数字图像相关法和傅里叶变换法。论述了数字图像相关法中的亚像素梯度算法,讨论了如何选择子区的大小,优化测量结果;傅里叶变换法通过对散斑图进行傅里叶变换和数学形态学等一系列操作,获得精确的条纹间距,从而更好地计算面内位移。实验结果表明,傅里叶变换法的测量精度要高于数字图像相关法。     

基于区域协方差的惯性组合导航景象匹配算法

 针对景象匹配辅助惯性组合导航系统需要快速准确获取飞行器位置和航向偏差的要求,提出了一种基于区域协方差的实时图像匹配算法.算法采用区域协方差矩阵的距离作为图像匹配时的相似性度量.首先,对图像进行高斯平滑滤波,提取图像的多种特征计算区域协方差矩阵,利用金字塔多级匹配技术进行全局搜索,获得测试图在参考图中像素级匹配位置.然后,利用全局匹配的结果,在实测图上选取多个局部区域,分别进行局部搜索匹配,获取参考图和实测图中一一对应的局部匹配集.最后,利用RANSAC算法和最小二乘算法计算出两幅图像间的最优相似变换参量.仿真分析表明,该算法能满足景象匹配辅助惯性组合导航系统实时性、精确性和鲁棒性的要求.     

基于静态小波分解和能量函数优化的图像拼接

提出了一种基于静态小波分解和能量函数优化的全景图拼接算法.该算法首先使用静态小波分解初始图像,并利用序贯检验法对高频图像快速搜索计算粗略匹配序列,在此基础上对初始图像细致搜索计算精确匹配点；对于传统图像融合处理中采用的线性加权函数通常引起的重叠区域模糊问题,采用包含图像梯度的能量函数计算高频图像的全局最优融合因子进行融合,而低频图像则采用线性因子融合.实验表明,该算法在降低匹配运算时间的同时又能获得满意的视觉效果.     

基于二维连续小波变换的ESPI条纹图相位提取方法

提出了一种基于二维连续小波变换的电子散斑干涉(ESPI)条纹图相位提取方法。通过检测二维小波脊确定条纹相位,并引入条纹频率作为向导,有效地避免了相位解调过程中的符号奇异性问题,从而使该算法既能处理开条纹图也能处理闭条纹图,且对散斑噪声具有较强的抑制能力。数值模拟和实验结果表明,该方法在抑制散斑噪声的同时能够有效地提取出条纹相位,对开条纹图和闭条纹图都能处理。     

噪声对数字图像相关法计算结果的影响研究

不同的散斑场会显示出不同的灰度分布特征,并对数字图像相关方法的计算结果有着重要影响。使用计算机模拟生成一系列单向拉伸图像和双向拉伸图像,并在生成的图像中添加噪声,从而获得一系列含噪声单向拉伸图像和含噪声双向拉伸图像。使用数字图像相关方法对无噪声图像和含噪声图像分别进行相关计算,并分析研究图像应变量与相关计算结果正确率间的关系,研究结果表明发现当图像的应变量在一定范围内时,数字图像相关方法计算结果的正确率较高。同时发现,当图像的应变量较小时,噪声对相关计算结果的影响较大,随着图像应变量的增大,噪声对相关计算结果的影响逐渐减小,当图像的应变量到达一定程度时,噪声对相关计算的影响就不明显了。     

Statistical properties of polarization image and despeckling method by multiresolution block-matching 3D filter

The theoretical and experimental investigations on the polarization imagery system of speckle statistical characteristics and speckle removing method are researched. A method to obtain two images encoded by polarization degree with a single measurement process is proposed. A theoretical model for polarization imagery system on Müller matrix is proposed. According to modern charge coupled device (CCD) imaging characteristics, speckles are divided into two kinds, namely small speckle and big speckle. Based on this model, a speckle reduction algorithm based on a dual-tree complex wavelet transform (DTCWT) and blockmatching 3D filter (BM3D) is proposed (DTBM3D). Original laser image data transformed by logarithmic compression is decomposed by DTCWT into approximation and detail subbands. Bilateral filtering is applied to the approximation subbands, and a suited BM3D filter is applied to the detail subbands. The despeckling results show that contrast improvement index and edge preserve index outperform those of traditional methods. The researches have important reference value in research of speckle noise level and removing speckle noise.     

Comparative study of pattern correlation using Mexican hat and Coiflet wavelet-based filtering

In this work, a numerical study on the pattern correlation using wavelet filters is reported. A comparative study of the correlation using the Mexican hat and Coiflets filters is presented. A Coiflet filter acts not only as a band-pass filter but as a high-pass or low-pass filter. Therefore, unlike the Mexican hat-based filter which acts only as a pass-band filter, the Coiflet-based filters allow selecting horizontal, vertical or diagonals details of the original image. Each one of the original images can be discomposed in an average image and several detail images at different levels of multiresolution. We study the numerical correlation between binary patterns using the Mexican hat filter and the first and second multiresolution level obtained by Coiflet filtering. Additionally, an analysis about the noise immunity for the Mexican hat and Coiflet filters is realized. The results show that Coiflet filters are better to identify special characteristics but perform the worst when they are used with noisy images. On the other side, the Mexican filter presents a better noise immunity but performs the worst when is used to compare special characteristics.     

脉冲相干激光雷达的散斑成像模型及其散斑噪声压缩

推导了脉冲相干激光雷达的散斑成像模型,证明了脉冲相干激光雷达图像中散斑噪声的乘法性质。根据其统计规律,提出一种新的用于散斑噪声压缩的并行加权均值多方向形态滤波算法。模拟结果表明此算法既有 地压缩了散斑噪声又保持了图像的几何结构,并且通过比较,证明其优于Safa的多方向形态滤波算法。     

基于改进的空域相关的多聚焦图像融合

提出了一种简单有效的像素级多聚焦图像融合方法。针对正交小波变换缺乏平移不变性而产生视觉失真的缺陷,采用Atrous算法将原图像分解在不同频率域上。Atrous算法先将滤波器h0(n),h1(n)各点间插入适当的零值后再与低频信号做卷积,故又称为"多孔算法"。将具有抑制噪声性能的空阈相关法作为高频子图像的融合规则,选取相关性强边缘特征显著的点作为最终融合子图像的像素点。实验表明,由此融合的图像能完好的保留边缘纹理信息。融合后的图像在客观评价和主管视觉效果上均有提高。     

A novel speckle pattern—Adaptive digital image correlation approach with robust strain calculation

Digital image correlation (DIC) has seen widespread acceptance and usage as a non-contact method for the determination of full-field displacements and strains in experimental mechanics. The advances of imaging hardware in the last decades led to high resolution and speed cameras being more affordable than in the past making large amounts of data image available for typical DIC experimental scenarios. The work presented in this paper is aimed at maximizing both the accuracy and speed of DIC methods when employed with such images. A low-level framework for speckle image partitioning which replaces regularly shaped blocks with image-adaptive cells in the displacement calculation is introduced. The Newton-Raphson DIC method is modified to use the image pixels of the cells and to perform adaptive regularization to increase the spatial consistency of the displacements. Furthermore, a novel robust framework for strain calculation based also on the Newton-Raphson algorithm is introduced. The proposed methods are evaluated in five experimental scenarios, out of which four use numerically deformed images and one uses real experimental data. Results indicate that, as the desired strain density increases, significant computational gains can be obtained while maintaining or improving accuracy and rigid-body rotation sensitivity.     

相干激光雷达图像散斑噪声抑制算法

提出了一种新的用于散斑噪声抑制的非线性加权均值多方向形态滤波算法。运用此算法和先前提出的散斑噪声抑制算法以及小波软阈值算法和Lee滤波算法一并对相干激光雷达图像进行了噪声抑制处理，并且对处理的结果进行了比较，证明了本算法的进步，即在不降低噪声抑制能力的前提下，较好地保持了图像边缘。