專利名稱：基于隨機(jī)并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，尤其是一種利用隨機(jī)并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量的方法，該方法可用于在線快速測(cè)量物體變形場(chǎng)參數(shù)。
背景技術(shù)：
數(shù)字圖像相關(guān)方法(DigitalImage Correlation Measurement, DI CM)或稱數(shù)字散斑相關(guān)法(Digital Speckle Correlation Measurement，DSCM)于 20 世紀(jì)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)和美國(guó)南卡萊納大學(xué)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)等獨(dú)立提出。它通過(guò)對(duì)變形前后采集的物體表面的兩幅圖像(散斑場(chǎng))進(jìn)行相關(guān)處理，以實(shí)現(xiàn)物體變形場(chǎng)的測(cè)量。DIC(Digital Image Correlation中文全稱數(shù)字圖像相關(guān))與傳統(tǒng)干涉測(cè)量方法相比具有測(cè)試條件要求低、測(cè)試面積及量程變化范圍大、精度高、可使用白光照明等優(yōu)點(diǎn)。目前，它已經(jīng)成為光學(xué)測(cè)量中的熱門(mén)研究領(lǐng)域，并在材料性能測(cè)試、結(jié)構(gòu)檢測(cè)、電子元件檢測(cè)、納米力學(xué)、生物力學(xué)等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，是目前最廣泛使用的位移、應(yīng)變測(cè)量技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，如何提高精度和速度是DIC測(cè)量方法中的核心和難點(diǎn)問(wèn)題，目前的DIC實(shí)現(xiàn)方法有雙參數(shù)迭代法、Newton-Raphson迭代法、十字搜索法、爬山法、最小二乘法等，這些方法原理復(fù)雜，對(duì)復(fù)雜或大形變情況精度和魯棒性較差，甚至有時(shí)可能得出錯(cuò)誤結(jié)果。此外，上述方法并不能保證相關(guān)系數(shù)達(dá)到全局最優(yōu)值，測(cè)量的精度和可信度也因此受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了利用隨機(jī)并行梯度下降Stochastic Parallel Gradient Descent, SP⑶)優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)DIC測(cè)量的方法，該方法通過(guò)對(duì)變形參數(shù)采用隨機(jī)并行擾動(dòng)，使相關(guān)系數(shù)收斂于全局唯一極值，由此得到變形參數(shù)，該方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，是一種全新概念的DIC測(cè)量方法，可以實(shí)現(xiàn)DIC快速、高精度、高可靠性的測(cè)量，使用該技術(shù)還有望實(shí)現(xiàn)DIC的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。本發(fā)明提供了的一種基于并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法， 利用隨機(jī)并行梯度下降技術(shù)的原理，通過(guò)對(duì)變形參數(shù)K進(jìn)行擾動(dòng)，使性能評(píng)價(jià)函數(shù)J(K)收斂到全局極值，最終得到該點(diǎn)的最優(yōu)變形參數(shù)。本發(fā)明提供了的一種基于并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，首先利用電荷耦合元件相機(jī)獲取物體變形前的散斑圖像F (X，y)與變形后的散斑圖像G (χ*, /)，然后按照以下具體步驟實(shí)現(xiàn)1)對(duì)于F(x，y)中任一點(diǎn)P，以P為中心取相關(guān)模板T，T中的點(diǎn)Q變形后對(duì)應(yīng)G(x*， y*)中的點(diǎn)Q'，其變形參數(shù)設(shè)為K = [k0, ki; K，k5]；2)初始化變形參數(shù)矢量為K0 =
；3)依據(jù)隨機(jī)并行擾動(dòng)滿足的規(guī)則產(chǎn)生隨機(jī)擾動(dòng)= [Sknj]； 4)根據(jù)式(1)計(jì)算擾動(dòng)后的散斑圖像G' (χ*, /)，并對(duì)G' 理，以進(jìn)一步提高測(cè)量精度，其中式(1)為一階變形公式
(χ*，y*)進(jìn)行插值處
權(quán)利要求
1.一種基于并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，其特征是，利用隨機(jī)并行梯度下降技術(shù)的原理，通過(guò)對(duì)變形參數(shù)K進(jìn)行擾動(dòng)，使性能評(píng)價(jià)函數(shù)J(K)收斂到全局極值，最終得到該點(diǎn)的最優(yōu)變形參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，其特征是，首先利用電荷耦合元件相機(jī)獲取物體變形前的散斑圖像F(x，y)與變形后的散斑圖像G(/，/)，然后按照以下具體步驟實(shí)現(xiàn)1)對(duì)于F(x，y)中任一點(diǎn)P，以P為中心取相關(guān)模板T，T中的點(diǎn)Q變形后對(duì)應(yīng)G(x*，/) 中的點(diǎn)Q'，其變形參數(shù)設(shè)為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，其特征是，步驟幻所述的相關(guān)模板為mXn大小的矩形模板，其中m是相關(guān)模塊的長(zhǎng)，η為相關(guān)模塊的寬，或者根據(jù)測(cè)量物體變形類(lèi)型不同而取的任意合理形狀的其它模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，其特征是，步驟幻所述的性能評(píng)價(jià)函數(shù)J(K)為定義
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于并行梯度下降優(yōu)化技術(shù)的快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法，綜合考慮被測(cè)物體的散斑場(chǎng)中任意一點(diǎn)的位移及其導(dǎo)數(shù)等相關(guān)參數(shù)，利用隨機(jī)并行優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量，該方法通過(guò)對(duì)變形參數(shù)采用隨機(jī)并行擾動(dòng)，使相關(guān)系數(shù)收斂于全局唯一極值，由此得到變形參數(shù)，該方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，是一種全新概念的DIC測(cè)量方法，可以實(shí)現(xiàn)DIC快速、高精度、高可靠性的測(cè)量，使用該技術(shù)還有望實(shí)現(xiàn)DIC的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102221341SQ20111006312
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者伏思華, 李松洋, 梁永輝, 王三宏, 龍學(xué)軍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)