本发明属于图像处理，具体涉及一种围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法。
背景技术：
1、在围岩相似材料的单轴压缩试验中，由于荷载的作用，相似材料将发生变形，进而发生破坏。过程中发生的变形和破坏，是荷载作用下相似材料形态变化的两个不同阶段。在变形阶段，可能会形成局部微破裂，虽不占主要地位，却是形成不可恢复变形的主要因素；随着荷载的增加，在变形进一步发展的同时，局部破损的份额越来越大，微破裂发展成整体的宏观破坏。在试验的过程中常使用目测法测量裂纹长度，一般需要中断试验读取裂纹长度，且裂纹长度不便观察、误差可能性大；对于较为坚硬的围岩相似材料，采用夹式引伸计检测裂纹张开位移，其使用时与试件直接接触，加持位置的错动，试验件的震动，会影响标定精度；依据图像处理技术随之产生的非接触式视频引伸计，存在未能实时采集的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，具体是结合piv图像处理方法及系统和多视角立体视觉软件mvs(multiple viewstereo)，其方法大致如下：采用工业相机监测围岩相似材料的单轴压缩试验，并通过piv图像处理系统对拍摄图像进行速度矢量计算，从而分析围岩相似材料在加载时，裂纹的产生与演化的过程。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，所述方法包括：
4、制作围岩相似材料，得到压缩试验试样；
5、调整仪器参数；所述仪器包括rmt压力试验机、海康视觉工业相机、和补光灯；所述的rmt压力试验机用于对试验施加荷载，并实时记录加载过程中试样位移、应力和应变的变化情况；所述的海康视觉工业相机与多视角立体视觉软件mvs结合使用，在调整相关参数后，可对试验进行实时监控；所述的补光灯可保证监测面光照充足，便于试验的进行与数据的采集；
6、开始加载试验，直至压缩试验试样出现较大断裂或位移-应力曲线向下骤减时停止加载，并完成所有压缩试验试样；
7、采用piv图像处理系统进行分析，得到图像数据；
8、处理所述图像数据，分析结果。
9、进一步的，本发明所采用的围岩相似材料是以iv级围岩为模拟对象，其中，拟定的软弱围岩相似材料的组成包括骨料、黏结剂以及调节剂；所述骨料包括粗骨料以及细骨料；所述粗骨料是石英砂；所述细骨料是重晶石；所述黏结剂是粉煤灰；所述调节剂是15w40机油和松香酒精溶液。
10、进一步的，本发明所采用的调节剂中的松香酒精溶液是将固体状的脂松香捣碎成颗粒状后，按质量体积比是1g：3ml的比例将脂松香充分溶解于酒精溶液中，酒精溶液中乙醇的体积分数为98％。
11、进一步的，得到压缩试验试样的具体步骤为：
12、a1)根据所述围岩相似材料的组成，设计不同配比的单轴压缩试验方案；
13、a2)根据步骤a1)得到的单轴压缩试验方案，准确称取各单轴压缩试验方案所用的材料，混合并搅拌均匀后在标准模具中分层压实，待试样成型后脱模并烘干，即可得到压缩试验试样。
14、进一步的，为了更好地监测试样在加载过程中裂纹与位移的演化，便于图像的分析处理，可在试样中的酒精完全挥发后，对试样进行喷漆处理，采用哑光白漆和哑光黑漆交替使用。
15、进一步的，所述仪器参数包括：设置rmt压力试验机中的加载速度，调整海康工业相机的光圈与对焦环；设置多视角立体视觉软件mvs中的采样频率、增益和曝光时间；调整补光灯的位置与亮度。
16、进一步的，采用piv图像处理系统进行分析具体为：
17、1)将多视角立体视觉软件mvs所采集的图像导入piv图像处理系统中，选择图像中所要分析的区域，校准试验参数，在piv图像处理系统中输入试样的长度、标定像素点的距离以及两张图像序列对应的时间，计算出每个像素点对应实际长度；
18、2)运用直方图均衡与高通滤波两种处理模式，增强图像对比度、抑制低频信息；
19、3)在选择分析方法时，选择直接互相关计算方法dcc与快速傅里叶变换fft；
20、4)在选择窗口大小时，保证每个窗口内部粒子数在5～25个，每个粒子数有3～5个像素，且同一个粒子在过了一个时间间隔后仍在积分窗口内，可选择一个通道分析，也可选择多个通道分析，每个通道含两个窗口，需要保证通道的两个窗口大小相等或递减；
21、5)预处理完成，在piv图像处理系统中点击开始分析；
22、6)图像分析完成后，开始进行piv图像处理系统中的后处理操作，对分析结果中的向量进行验证，将所有向量置于散点图上，选择散点图中向量集中的区域，删减散点图上与该区域距离较远的误差点，将后处理操作应用至所有图像中并保存数据。
23、进一步的，处理图像数据，将保存的piv数据以矩阵的形式导入至origin软件中，根据取样图像的时间顺序绘制等高线图，并分析裂纹的演化与扩展。
24、本发明的技术效果：
25、1)非接触式测量，一般的测量设备要求把测量传感器贴在试样表面(贴应变片)或嵌入试样中(预制小型试样)，这样势必对围岩相似材料的相关力学性质及裂纹的产生及演化造成一定的影响，本发明所采用的粒子图像测速技术piv图像处理系统可以从根源上解决了这一问题，在不破坏围岩相似材料的基础上，完成对试验的监测；
26、2)可瞬间测量某一时刻或实时监测试验过程中的破坏形式，一般的测量设备只能测试某一时刻某一点的位移矢量，要测试整个面需要大量的传感器。本发明所采用的粒子图像测速技术piv图像处理系统，既可以测量平均矢量，也可以测量瞬时矢量；
27、3)本发明采用两种喷漆对试样的表面进行标定处理，可增加监测范围内的对比度，便于在加载过程中，提高试验过程中的采集精度。
1.一种围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，所述围岩相似材料为iv级围岩。
3.根据权利要求1所述的围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，得到压缩试验试样的具体步骤为：
4.根据权利要求1所述的围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，得到压缩试验试样后对试样进行喷漆处理，所述喷漆包括哑光白漆和哑光黑漆。
5.根据权利要求1所述的围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，所述仪器参数包括：设置rmt压力试验机中的加载速度，调整海康工业相机的光圈与对焦环；设置多视角立体视觉软件mvs中的采样频率、增益和曝光时间；调整补光灯的位置与亮度。
6.根据权利要求1所述的围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，所述采用piv图像处理系统对试验过程进行分析，得到图像数据，具体包括：
7.根据权利要求1所述的围岩相似材料裂纹与位移演化测量方法，其特征在于，所述处理所述图像数据，分析结果，具体包括：处理图像数据，将保存的piv数据以矩阵的形式导入至origin软件中，根据取样图像的时间顺序绘制等高线图，并分析裂纹的演化与扩展。
