基于散斑去模糊的数字图像相关深度量程拓展

黄海昇; 倪梓浩; 白玉磊; 董博

doi:10.37188/OPE.20253318.2857

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基于散斑去模糊的数字图像相关深度量程拓展

现代应用光学 | 更新时间：2025-10-28

- 基于散斑去模糊的数字图像相关深度量程拓展
- Depth range extension in digital image correlation through speckle deblurring
- 光学精密工程 2025年33卷第18期页码：2857-2867
- 作者机构：
  
  广东工业大学自动化学院，广东广州 510006
- 作者简介：
  
  [ "黄海昇（2001-），男，广东汕头人，硕士研究生，2023年于五邑大学获得学士学位，现就读于广东工业大学自动化学院，攻读人工智能专业硕士学位，主要研究方向为二维数字图像相关的高精度离面位移全场测量分析。E-mail：2112304392@mail2.gdut.edu.cn" ]
  [ "董博（1989-），男，河南渑池人，博士，副教授，硕士生导师，2012年于广东工业大学获得学士学位，2017年于广东工业大学获得博士学位，主要从事层析干涉测量、光测力学、传感与成像等方面的研究。 E-mail：b.dong@gdut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62171140)
- DOI：10.37188/OPE.20253318.2857
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- CSTR：32169.14.OPE.20253318.2857
- 收稿：2025-04-14，
  
  修回：2025-06-18，
  
  纸质出版：2025-09-25
- 稿件说明：
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黄海昇,倪梓浩,白玉磊等.基于散斑去模糊的数字图像相关深度量程拓展[J].光学精密工程,2025,33(18):2857-2867.

HUANG Haisheng,NI Zihao,BAI Yulei,et al.Depth range extension in digital image correlation through speckle deblurring[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(18):2857-2867.
黄海昇,倪梓浩,白玉磊等.基于散斑去模糊的数字图像相关深度量程拓展[J].光学精密工程,2025,33(18):2857-2867. DOI： 10.37188/OPE.20253318.2857. CSTR： 32169.14.OPE.20253318.2857.

HUANG Haisheng,NI Zihao,BAI Yulei,et al.Depth range extension in digital image correlation through speckle deblurring[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(18):2857-2867. DOI： 10.37188/OPE.20253318.2857. CSTR： 32169.14.OPE.20253318.2857.

摘要

在二维数字图像相关技术（2D-DIC）的振动测量中，有限的深度量程会在散斑离面位移过大时引发散斑图像模糊问题。为了实现深度量程的拓展，本文提出一种融合维纳滤波和自适应局部平滑的离焦散斑去模糊方法。该方法首先分析了散斑图像中离焦模糊的产生机制，并利用维纳滤波对原始模糊图像进行复原。随后，通过引入自适应局部平滑策略对维纳滤波反卷积产生的振铃效应进行抑制。最后，为了验证本文所提方法的有效性，分别进行了离焦散斑去模糊实验、离面位移测量实验和振动测量实验。在离焦去模糊效果实验中，散斑图像获得了更高的平均强度梯度和更小的最优子集尺寸，表明新方法可以有效提升散斑对比度并获得高质量复原图像；在离面位移重构实验中，最大动态测量范围提升了9%，离面位移测量值相对于真实值的离散程度降低了8.8%，有效拓展了2D-DIC的深度量程；在实际振动测量中，该方法将周期振动信噪比提升了5.5%，同时将均值误差降低了2.4%，有效提高了2D-DIC的测量精度。本文所提出方法显著拓展了传统2D-DIC在深度方向的测量能力，为复杂动态场景下的全场振动监测提供了可靠技术支持。

Abstract

In the vibration measurement of two-dimensional digital image correlation technology（2D-DIC）， the limited depth range will cause speckle image blurring when the out-of-plane displacement of the speckle is too large. In order to realize the expansion of the depth range， this paper proposed a deblurring method for defocusing speckles that combined Wiener filtering and adaptive local smoothing. The method first analyzed the mechanism of defocus blur in speckle images and used Wiener filtering to restore the original blurred images. Subsequently， an adaptive local smoothing strategy was introduced to suppress the ringing effect caused by Wiener filter deconvolution. Finally， to verify the effectiveness of the proposed method， experiments were conducted on defocused speckle deblurring， out-of-plane displacement measurement， and vibration measurement. In the experiment of defocused deblurring effect， the speckle image obtained a higher average intensity gradients and a smaller optimal subset sizes， indicating that the new method could effectively improve the speckle contrast and produced high-quality restored images. In the out-of-plane displacement reconstruction experiment， the maximum dynamic measurement range was increased by 9%， and the dispersion degree of the measured value of the out-of-plane displacement was reduced by 8.8% compared with the real value， which effectively extended the depth range of 2D-DIC. In the actual vibration measurement， the method improved the signal-to-noise ratio of periodic vibration by 5.5%， and reduced the mean error by 2.4%， which effectively increased the measurement accuracy of 2D-DIC.The proposed method in this paper significantly expands the measurement capability of traditional 2D-DIC in the depth direction， and provides reliable technical support for full-field vibration monitoring in complex dynamic scenarios.

关键词

Keywords

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