数字图像相关

数字图像相关（DIC）是一种根据单个相机、立体相机或多相机系统记录的单个图像或图像系列计算二维或三维坐标的流程。如在一定时间内进行图像采集，就可以得出二维或三维的位移、速度和加速度测量结果。通过解读二维或三维坐标之间的局部位移，可以计算出应变值和应变率。DIC结果的典型特征是，基于数千个二维或三维坐标，作为测试样品表面的全场测量数据，局部分辨率很高。

要进行DIC测量，通常要在测试样品表面制备适当的图案。例如，可以使用喷罐、刷子、印刷等方法来绘制图案。在测试过程中，只要图案随样品表面移动和变形，图案应用技术并不重要。

在进行测试之前，将DIC系统设置为所需观察视野并进行校准。对于单相机系统，镜头畸变参数和像素缩放都已定义。对于立体或多相机DIC系统，还需要额外确定相机的相对方向。在下文中，本文仅重点介绍立体相机系统，因为这是最常见的配置。

在设置完成并且测试开始之前，用左右两个相机拍摄参考图像或参考阶段。这些捕捉到的图像可作为位移和应变的参考，用于所有后续评估。在测试过程中，根据测试要求（即图像采集频率、曝光时间等）进行图像采集。

在左侧相机的初始参考图像上叠加一个多面（子集）矩阵，其尺寸和距离取决于应用。这个矩阵由数千个面组成。通过评估每个面的灰度值分布，并在右侧相机的参考图像中重新识别，就能利用这些面来计算三维坐标。在DIC传感器校准数据的帮助下，从左侧相机图像和右侧相机图像中的面中心对三维坐标进行三角测量。左右相机图像中相应面的识别以及在一段时间内所有图像相应面的识别，都是在亚像素范围内进行的，因此，与仅依赖像素缩放相比，精度要高得多。

DIC的初始结果是样品表面随时间变化的三维坐标。用参考阶段的三维坐标减去所有记录阶段随时间变化的三维坐标，可得出三维位移值。此外，还可以利用位移值的时间导数计算三维速度和三维加速度。

局部平面应变张量考虑了计算所得三维坐标之间的相对位移，提供了X方向和Y方向的表面应变测量值，以及主应变（主应变和次主应变）和应变率随时间的变化。

如今，DIC已广泛应用于大多数工业领域以及大学和研究机构的研发工作中。DIC采用非接触式原理，能够测量和评估运动、变形、应变、速度和加速度，是材料和部件测试领域的多功能工具。

DIC简化了制备样品和测量的过程，取代了传统的测量设备，如LVDT、应变计和加速度计。

现有的数码相机技术可支持高分辨率图像和高达5 MHz频率的高速成像，从而开辟了更多应用领域。