(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211497482.7 (22)申请日 2022.11.28 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 熊克　宋祥帆　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 王慧颖 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) (54)发明名称 一种数字图像相关中的局部应变加权平均 方法 (57)摘要 本发明公开了一种数字图像相关中的局部 应变加权平均方法， 属于实验力学、 非接触式全 场位移测量、 数字图像相关方法领域， 本方法通 过对数字图像相关法得到的应变结果进行加权 平均， 减小数字图像相关法对于各种应变场的计 算误差。 对于应变梯度变化较小的区域， 加权函 数具有平顶特性， 能够对计算窗内所有应变进行 加权平均， 实现对应变的光滑作用。 对于应变梯 度变化较大区域， 加权函数具有尖顶特性， 能够 只针对计算点周围的几个应变进行加权平均， 使 计算结果 不会因为过度光滑导 致误差变大。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115546210 A 2022.12.30 CN 115546210 A 1.一种数字 图像相关中的局部应变加权平均方法， 其特征在于， 所述的局部应变加权 平均法是首先由数字图像相关法计算得到各计算点的应变， 然后为每个计算点划定计算窗 口， 在该计算窗口范围内计算应 变的加权平均值作为该计算 点的最终应 变值， 具体步骤为： 步骤一、 搭建数字 图像相关测量系统， 获取试件变形前的参考图像及变形后的变形图 像； 步骤二、 在参考图像上以 grid的步长布置计算点并使用数字图像相关法计算各计算点 的应变； 步骤三、 为每个计算点划 分一个应变计算窗口， 该计算窗内包含 （2 M+1）×（2M+1） 个计 算点； 步骤四、 为计算窗定义一个加权函数， 所述的加权函数为单峰、 平顶或尖顶可变函数， 其单峰平顶或单峰尖顶的特性可由其参数控制； 当参数在[ 0.5‑100]范围内， 其函数形状为 单峰平顶 函数， 且平顶范围与参数大小成正比； 当参数在[0.0001 ‑0.5） 时， 其函数形状为单 峰尖顶函数， 且 尖顶程度与参数 大小成反比， 所述的加权函数包括但不限于如下 形式：        （1） 其中， x, y为计算窗内以中点为原点 的横纵坐标， U(x, y)为点(x, y)处的加权函数 值，M为计算窗口 的半径，d为预设控制参数； 步骤五、 根据计算窗内各计算 点的应变值及权值， 求 解计算窗内的应 变加权平均值； 步骤六、 加权平均应 变即为计算窗中心处计算 点的应变值。 2.根据权利要求1所述的一种数字图像相关中的局部应变加权平均 方法， 其特征在于， 所述的计算窗口 的半径M的取值范围为1 ‑30。 3.根据权利要求1所述的一种数字图像相关中的局部应变加权平均 方法， 其特征在于， 所述的预设控制参数 d的取值方法为： 首先求取计算窗内所有计算点应变的标准差， 当标准 差≥ ×8.9×10‑4时，d=0.001； 当 ×6.7×10‑4≤标准差<  ×8.9×10‑4 时，d=0.01； 当 ×4.5×10‑4≤标准差<   ×6.7×10‑4时，d=0.1； 当 × 3.3×10‑4≤标准差<   ×4.5×10‑4时，d=1； 当标准差<   ×3.3×10‑4时，d=50； 其中，grid为布置计算 点的步长 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115546210 A 2一种数字图像相关中的局部应变加权平均方 法 技术领域 [0001]本发明涉及实验力学、 非接触式全场位移测量、 数字图像相关方法， 具体涉及一种 数字图像相关中的局部应 变加权平均方法。 背景技术 [0002]在航空航天、 建筑桥梁等诸多领域中， 保证结构可靠性永远是第一要务。 随着科学 技术的发展， 能够在结构发生不可逆损伤之前， 对其施以控制修缮， 成为诸多 科学家的重要 目标。 而由实验力学提供的材料响应载荷表征的测量结果， 对于完善 设计， 改进 结构以及监 测损伤都具有丰富的指导意义。 位移与应变， 作为实验力学重要参量， 对于 分析模型力学特 性、 验证基础假设及特征识别等 都具有举足轻重的作用。 面对日益复杂的测量需求， 传统的 位移应变测量方法就显得捉襟见肘。 与此同时， 有限处位移应变测量结果远不能胜任复杂 模型的分析工作。 并且针对各种测 量条件的约束， 能够实现全场应变及非接触式测 量的新 兴测量技术应运而生。 [0003]能够进行全场测量的不 同方法， 各有其准确性及适用性优势。 而又能够同时满足 非接触测量条件的数字图像相关法 （Digital  Image Correlation， DIC） ， 由于其较低的实 验成本及数据采集过程相对简单等优势已被广泛用于实验力学中， 其对测量环境和隔振要 求较低， 普适 性强， 广泛应用于各种工程和学 科领域， 如航空航天、 生物医疗等。 [0004]传统的数字图像相关法 （DIC） 中， 直接由迭代法求出的位移及应变中存在一定的 噪声， 导致结果与真实值相比误差较大。 在应变梯度变化较小的区域， 由局部最小二乘法拟 合得到的应变结果误差较小， 受到广泛应用。 但在应变梯度变化较大的区域， 由于其对于应 变的平滑效应较大， 往往结果会因为过度平 滑而距真实值相差甚远。 发明内容 [0005]本发明针对现有技术中存在的问题， 公开了一种数字图像相关中的局部应变加权 平均方法， 本发明能够 对计算窗内所有应变进行加权平均， 实现对应变的光滑作用， 解决传 统的数字图像相关法中， 直接由迭代法求出 的位移及应变中存在一定的噪声， 导致结果与 真实值相比误差较大的技 术缺陷。 [0006]本发明是这样实现的： 一种数字图像相关中的局部应变加权平均方法， 其特征在于， 所述的局部应变加 权平均法是首先由数字图像相关法计算得到各计算点的应变， 然后为每个计算点划定计算 窗口， 在该计算窗口范围内计算应变的加权平均值作为该计算点的最终应变值， 具体步骤 为： 步骤一、 搭建数字图像相关测量系统， 获取试件变形前的参考图像及变形后的变 形图像； 步骤二、 在参考图像上以 grid的步长布置计算点并使用数字图像相关法计算各计 算点的应变；说　明　书 1/4 页 3 CN 115546210 A 3