(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 202210956489.4 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 何霁　任恩圳　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 专利代理师 胡晶 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 高速全局变形测量方法和系统 (57)摘要 本发明提供了一种高速全局变形测量方法 和系统， 包括： 步骤S1： 将相机和镜头光轴与试样 表面垂直， 使用相机记录试样在不同状态下的数 字图像， 在图像处理时引入辅助的全局连续位移 场及约束条件， 保持该场在各子集区域的位移和 位移梯度与局部DIC计算结果一致； 步骤S2： 基于 增广拉格朗日函数和约束条件修改相关函数； 步 骤S3： 使用交替方向乘子法ADMM协调局部子问题 来寻找全局问题的解， 从而迭代求解该问题； 步 骤S4： 根据全局位移场导出包括应变、 速度的感 兴趣量的场。 本发明使用增广拉格朗日函数， 其 计算效率远高于基于 FEM的全局DIC算法， 通过增 广拉格朗日函数引入约束条件， 使求得的全局位 移场具有连续 性。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115187578 A 2022.10.14 CN 115187578 A 1.一种高速全局变形测量方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 将相机和镜头光轴与试样表面垂直， 使用相机记录试样在不同状态下的数字 图像， 在图像处理时引入辅助的全局连续位移场及约束条件， 保持该场在各子集区域的位 移和位移梯度与局部DIC计算结果 一致； 步骤S2： 基于增广拉格朗日函数和约束条件修改相关函数； 步骤S3： 使用交替方向乘子法ADMM协调局部子问题来寻找全局问题的解， 从而迭代求 解该问题； 步骤S4： 根据全局位移场导出包括应 变、 速度的感兴趣量的场。 2.根据权利要求1所述的高速全局变形测量方法， 其特 征在于， 所述 步骤S1包括： 在位移场为全局连续时， 位移u和位移梯度F不独立， 满足全局约束： {F}＝D{u} 式中采用离散梯度算子D计算位移梯度， 使用均匀 平方网格的一阶有限差分法， 引入辅 助的全局连续 位移场 处理此条件， 获得两个约束条件： 为梯度算子， 为辅助的全局连续 位移场的梯度。 3.根据权利要求1所述的高速全局变形测量方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2包括： 子集DIC的目标函数为： 子集DIC只需满足各自子集Ωi目标函数最小即可， 引入全局连续的位移场， 通过增广拉 格朗日函数和约束条件修改目标函数， 需要求得全局最优解， 目标函数如下： 式中∑i表示全部 子集区域， 需求取全局位移场 因此要满足全局目标函数最小； ui表示Xi0的位移； Fi表示为子集Ωi的均匀位移梯度； 子集DIC中将 参考图像划分为多个 子集， i为各子集的索引； f(X)表示参考图像上点X处的灰度值； X表示数字图像中一点的坐 标； g(X)表示变形图像上点X处的灰度值； Xi0表示子集Ωi的中心； β 是对应约束 的二 次惩罚项的系数； Wi是对应约束 的拉格朗日乘子； μ是对应约束 的二次惩罚项 的系数； 表示引入的全局连续 位移场， 待求 量； Vi是对应约束 的拉格朗日乘子 。 4.根据权利要求1所述的高速全局变形测量方法， 其特 征在于， 所述 步骤S3包括： 步骤S3.1： 令Wi、 Vi、 不变， 先行求解ui、 Fi， 第k次迭代 表达式如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115187578 A 2步骤S3.2： 只把 作为变量， 目标函数如下： 并根据迭代求得的结果， 更新拉格朗日乘子Wi、 Vi， 不断重复这一步直到满足迭代停止 标准， 即 足够小。 5.根据权利要求1所述的高速全局变形测量方法， 其特 征在于， 所述 步骤S4包括： 令图像左下角为原点， 下边缘为x轴， 左边缘为y轴， 建立平面直角坐标系， 通过下式导 出应变： exy表示两个相互垂直方向上的微小线段在变形后夹角的改变量； eyy表示沿y轴方向上 微小线段因变形产生的长度增量与原长度的比值， 伸长时为正； u表示沿x轴方向的位移； v 表示沿y轴方向的位移。 6.一种高速全局变形测量系统， 其特 征在于， 包括： 模块M1： 将相机和镜头光轴与试样表面垂直， 使用相机记录试样在不同状态下的数字 图像， 在图像处理时引入辅助的全局连续位移场及约束条件， 保持该场在各子集区域的位 移和位移梯度与局部DIC计算结果 一致； 模块M2： 基于增广拉格朗日函数和约束条件修改相关函数； 模块M3： 使用交替方向乘子法ADMM协调局部子问题来寻找全局问题的解， 从而迭代求 解该问题； 模块M4： 根据全局位移场导出包括应 变、 速度的感兴趣量的场。 7.根据权利要求6所述的高速全局变形测量系统， 其特 征在于， 所述模块M1包括： 在位移场为全局连续时， 位移u和位移梯度F不独立， 满足全局约束： {F}＝D{u} 式中采用离散梯度算子D计算位移梯度， 使用均匀 平方网格的一阶有限差分法， 引入辅 助的全局连续 位移场 处理此条件， 获得两个约束条件： 为梯度算子， 为辅助的全局连续 位移场的梯度。 8.根据权利要求6所述的高速全局变形测量系统， 其特 征在于， 所述模块M2包括： 子集DIC的目标函数为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115187578 A 3