一種基于稀疏光流算法的DIC時序裂紋檢測方法
1 研究背景
裂紋檢測在工程和科學研究領域有重要意義，主要體現在預防結構失效延長使用壽命，評估新材料的強度、韌性和疲勞特性，復雜極端環境下的工程研究等方面。
傳統裂紋檢測可通過金相顯微鏡、超聲波、射線等方法，但在精度、效率、無損檢測方面均有不同程度缺陷。
千眼狼科研團隊自研一種基于稀疏光流算法的DIC時序裂紋檢測方法，具有高精度、高效率、靈活適應等特點。
2 方法原理
稀疏光流算法通過利用圖像間的位移信息，對參考幀進行插值變形，模擬裂紋區域的形變，繼續通過差值計算提取裂紋區域，最后使用匈牙利算法對時序裂紋進行排序，完成裂紋端點和張開角度的計算。
3方法步驟
第一步 參考幀與計算區域設定
選擇裂紋發生前的一幀或數幀作為參考幀，確保無裂紋干擾。參考幀基礎上，于圖像裂紋附近選擇能覆蓋裂紋發生的計算區域。
第二步 計算圖像中各像素點的位移向量
通過分析參考幀與當前幀之間像素點的變化，計算每個像素點的位移向量（dx,dy）。設當前幀和參考幀之間時間差為t，通過稀疏光流計算每個像素點的位移向量（Δx, Δy）
第三步 插值變形參考幀
通過雙線性插值或最近鄰插值法，將參考幀的像素值映射到新的位置，得到變形后的參考幀。
其中表示參考幀的像素值。
第四步 提取裂紋
對當前幀、變形后的參考幀進行插值計算，閾值化處理后，提取出差異顯著的區域即裂紋區域。
第五步 排序與計算裂紋端點
利用匈牙利算法將裂紋的時序信息進行二分圖最優匹配，得到不同時間幀中的裂紋點。通過曲線擬合方法實現裂紋端點坐標計算，通過使用反正切函數計算端點之間的夾角。
其中，(x1,y1)和 (x2,y2) 是裂紋的兩個端點，θ 為裂紋的張開角度。
4 DIC時序裂紋檢測效果展示
示例動圖從左至右依次為參考幀，當前幀，差分幀（裂紋高亮處理），當前幀計算結果。
5 研究總結
本文介紹了一種基于稀疏光流算法的DIC時序裂紋檢測方法。該方法通過設定參考幀、計算像素位移、插值變形、差值計算、裂紋提取、裂紋排序及端點和張開角度計算等步驟，能夠智能、高效、精確地識別圖像中的裂紋。該算法可應用于工業檢測、材料監測等領域，助力保障工程安全、提高產品質量，推動材料科學研究的進步。
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