数字散斑技术介绍DIC
基于数字图像相关法的索力识别综述_1
基于数字图像相关法的索力识别综述发布时间：2021-11-11T07:56:40.059Z 来源：《中国科技人才》2021年第23期作者：胡园苟晨铭练城凌刘磊[导读] 数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术，运用双目相机和计算机图像视觉处理算法，对待测物体的散斑图像进行处理，对因受力而产生变形的物体进行测量识别。
目前这一项技术主要应用于物体的变形、移动、应变、模态分析等。
重庆科技学院重庆 401331摘要：拉索、吊索等是缆索桥梁的关键承重部件，由于多种因素的影响，会出现程度不一的腐蚀、开裂、内部钢丝断裂等问题，这些将直接影响到桥梁的安全。
为了降低因拉索损伤出现威胁到桥梁安全的情况，对于拉索检测有着极高的要求，随着计算机图像处理技术与光学技术的不断发展，非接触式测量在时效性、便捷性、准确性等方面具有更高优势。
关键词：非接触式；图像处理；数字图像相关法；索力识别引言数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术，运用双目相机和计算机图像视觉处理算法，对待测物体的散斑图像进行处理，对因受力而产生变形的物体进行测量识别。
目前这一项技术主要应用于物体的变形、移动、应变、模态分析等。
DIC（数字图像相关法）技术是一种非接触式测量技术，有着如下的优点：适应环境的能力强，自动化程度高、准确性高、经济效益好等。
其被广泛的应用于各个行业：如工业、农业、航空航天、生物医疗、工程、材料、力学等领域。
而DIC技术也在土木工程领域中表现出了极大的应用价值，有学者以及研究团队提出了基于DIC技术的测量方法，将其应用于斜拉桥的索力识别当中，取得了一定的研究成果。
1.概述桥梁结构整体从一开始就必须要考虑安全性问题，从设计、施工到运营维护阶段都需要对整个结构体系进行非常准确的一个受力评估与健康检测，这样才能依据可靠的数据进行安全保障。
其中，在缆索承重桥梁结构的使用当中，其关键受拉构件如拉索，吊索等非常容易产生强度下降，因为会受到环境腐蚀、疲劳损伤、振动等，会威胁到桥梁的运营安全[1]。
日本品牌DIC系统
数字图像相关法（DIC）是一种非接触式的高精度位移、用于全场形状、变形、运动测量的方法，也是现代光测量力学领域内最有应用前景的测量方法。
其应用研究方向，正朝着从常规材料到新型材料的测量，从弹性问题测量到强塑性问题的测量，从常温到高温的测量，从宏观测量到微观测量的趋势发展。
DIC 方法在上世纪80年代初被提出，经过30多年众多学者的研究，技术上已经非常成熟。
这种方法又被称为数字散斑相关法，它直接处理的对象是具有一定灰度分布的数字图像（散斑图），通过对比材料或者结构表面在变形前后的散斑图运用相关算法得到.运用数字图像关联法开发的应变解析软件系统。
通过比较分析样本变形前后的图像，可以对变形和弯曲的量、方向、分布等进行解析。
通过使用本系统，能够以非接触的方式获取物体变形弯曲的数据并将其分布可视化。
对于高速测量、微米单位测量等特殊环境下的测量需要，我们可以在包括软件、相机、照明、专用光学仪器等各个方面提供综合性的解决方案。
产品特点：●能够测量坐标，位移，速度，应变，形状和变形●能够显示矢量图，轮廓图●支持的图像格式：FIFF等●易于使用的直观界面●进程树结构●丰富的后处理功能●支持各种高速相机和高分辨率相机●系统支持日/英双语●对应各种情况（离线/在线分析，3D分析等）应用：1.张力、压缩、扭转测试2.破坏、冲击、掉落测试3.热膨胀、热变形4.显微镜下的微测试图例如下：武汉中创联达科技有限公司，专业从事光电子影像产品（低照度相机、高速摄像机，超高速摄像机，高分辨率相机及其图像分析软件）的销售、研发，提供特殊环境下的拍摄、成像服务。
在以下应用领域提供产品：1、高速摄影（弹道学、碰撞实验、高速粒子运动实验PIV 、材料学、气囊膨胀实验、燃烧实验、电弧运动、离子束运动、流体力学、喷射实验、爆炸分析以及其他超高速运动领域）2、高分辨率成像（弹道学、粒子运动实验PIV 、工业质量检测、喷射实验、电泳现象、火焰分析）3、显微成像（微生物光学成像、分子细胞成像）4、低照度成像（燃烧实验、弹道学、碰撞实验、爆炸分析、天文学领域、微光成像、工业检测监视）5、光谱成像（红外感应范围应用、光源波谱分析）6、高速运动分析软件及PIV系统分析软件。
数字图像相关方法
数字图像相关方法(DICM)前言数字图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DICM)，又称为数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Method，简称DSCM)，是应用于计算机视觉技术的一种图像测量方法。
数字图像相关(Digital Image Correlation，i.e. DIC)测量技术是应用计算机视觉技术的一种图像测量方法，是一种非接触的、用于全场形状、变形、运动测量的方法。
它是现代先进光电技术、图像处理与识别技术与计算机技术相结合的产物，是现代光侧力学领域的又一新进展。
它将物体表面随机分布的斑点或伪随机分布的人工散斑场作为变形信息载体，是一种对材料或者结构表面在外载荷或其他因素作用下进行全场位移和应变分析的新的实验力学方法。
在实验固体力学领域中，对于不同载荷下，材料和结构表面的变形测量一直是一个较难的课题。
一般包括接触式和非接触式两种，对于一般使用的电阻应变片接触式测量方法，受其测量手段的限制，不能得到全场数据，且测量范围有限，不能得到物体整体上的变形规律。
而对于全场的非接触式光学测量方法，包括干涉测量技术(例如全息照相干涉法，散斑千涉法)和非干涉技术(例如网格法和数字图像相关测量法)。
由于干涉测量技术要求有相干光源，光路复杂，且测量结果易受外界震动的影响，多在具有隔振台的实验室中进行，应用范围受到了极大的限制。
而非干涉测量技术是通过对比变形前后物体表面的灰度强度来决定表面变形量，对光源和测量环境要求较低。
数字图像相关测量技术可以直接采用自然光源或白光源，通过具有一定分辨率的CCD相机采集图像，并利用相关算法进行图像处理得到变形信息，可以说，DIC是一种基于数字图像处理和数值计算的光学测量方法。
由于该技术的直接处理对象是数字图像，而随着科学技术和数字化技术的不断发展与更新，数字图像的分辨率和清晰程度不断扩大，因此，数字图像处理技术的测量精度也在不断提升。
DICT数字化专项内容
DICT数字化专项内容
数字图像相关法(DICT)，又称数字散斑相关法，是将试件变形前后的两幅数字图像，通过相关计算获取感兴趣区域的变形信息。
其基本原理是，对变形前图像中的感兴趣区域进行网格划分，将每个子区域当作刚性运动。
再针对每个子区域，通过一定的搜索方法按预先定义的相关函数来进行相关计算，在变形后图像中寻找与该子区域的互相关系数为最大值的区域，即该子区域在变形后的位置，进而获得该子区域的位移。
对全部子区域进行计算，即可获得全场的变形信息。
由于该方法对实验环境要求极为宽松，并且具有全场测量、抗干扰能力强、测量精度高等优点。
为了克服现有板料成形极限测定方法的不足,采用DIC 三维数字散斑应变测量系统,实现了一种基于数字图像相关法的板料成形极限测定新方法.首先,将测量系统架构在杯突试验机上,记录从试验过程初始到破裂的一系列图像,实现应变在线、全场测定.然后,通过对破裂前的最后一张图像进行截线,拟合数据,对颈缩区域插值得到极限应变,从而绘制成形极限曲线图.最后,通过对SPCC36型号碳钢材料板料件成形极限的测量,验证了本文方法的可行性和有效性。
XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统
XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统三维、快速、高精度、非接触式三维全场变形和应变测量分析系统组成系统特点：快速获得全场的三维坐标、位移、应变数据测量结果三维显示。
各种强大的分析功能非接触测量，适用于各种材料快速、简单、高精度的系统标定测量幅面可选：从几个微米到几十米的范围应变测量范围：从0.01%到1000%的范围灵活易用的触发功能，丰富的外部软硬件接口图像采集频率可选择：低速（0-20 fps), 中速（20-100 fps）高速（100-500 fps）超高速(500-50000 fps)相机分辨率可选：100万像素，200万像素，500万像素，800万像素，1000万像素系统软件可运行在Windows 32位和64位操作系统，支持多核多线程处理，计算速度更快应用领域：材料试验（杨氏模量、泊松比、苄缘牟问阅埽?BR>"零部件试验（测量位移、应变）生物力学（骨骼、肌肉、血管等）微观形貌、应变分析（微米级、纳米级）断裂力学性能有限元分析（FEA）验证高速变形测量（动态测量、瞬态测量）动态应变测量，如疲劳试验成形极限曲线FLC测定测量原理"XJTUDIC 系统结合数字图像相关技术（DIC）与双目立体视觉技术，通过追踪物体表面的散斑图像，实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的测量，具有便携，速度快，精度高，易操作等特点。
散斑追踪过程操作方便 :采用基于摄影测量技术的相机标定技术，针对不同幅面的测量范围，可以快速、方便地实现系统的高精度标定。
配备的升降架，使得测量系统的操作变得非常轻松。
各种不同类型的光源为不同环境下的测量提供良好的照明条件。
多功能的控制箱提供了各种A/D采集，D/A输出及相机触发功能。
软件界面友好:(1) 同时支持二维及三维变形测量(2) 灵活的相机标定，支持使用外部图像标定(3) 提供灵活、方便的图像采集参数设置，满足不同情况下的图像采集需求(4) 自由选取感兴趣的目标范围，提高处理效率。
数字散斑相关法概述
数字散斑相关法概述摘要：数字散斑相关法自出现以来，一直是图像处理领域中一种重要的方法。
它属于机器视觉测量法，由于它是非接触式的，所以如今在众多领域中，它的应用越来越广泛。
尤其在高精度的形变测量中，它一直是研究者们重点研究的对象。
目前，该方法能达到的亚像素精度最高为0.001pixel。
关键词：数字散斑相关法；机器视觉；形变测量；亚像素1. 前言材料以及结构件在载荷作用下的位移和变形情况，一直是实验力学研究的重点。
而物体变形测量技术主要可以分为两类：接触式和非接触式测量。
而目前应力应变测量方法大概有以下几种：（1）应变片电测法：电阻应变；（2）光纤光栅法：光栅反射光的波长；（3）光弹性法：材料的双折射效应，干涉条纹；（4）机器视觉测量方法。
机器视觉法属于非接触式测量，其中在实验测试的工程测量中用得较多的就是数字散斑相关方法(Digital Speckle Correlation Method，DSCM)。
2. 数字散斑相关法数字散斑相关方法（DSCM），或者称为数字图像相关方法(DIC)，是数字图像处理技术应用于光测力学的过程中产生的新的测试手段，是对全场位移和应变进行量化分析的光测实验力学方法，该方法是利用被测构件表面变形前后的两副图像的灰度值进行相关运算，从而达到求解变形体表面位移和应变的目的[1]。
在实际测量过程中，数字散斑相关法光路简单、可以白光作为实际广元，不需要严格的环境条件，并可对全场范围内的区域进行非接触测量测量，能够与全息成像、医学成像、传感器、形变测量等技术相结合，在实际测量中有着广泛的应用[2]。
但是，数字散斑相关方法也有不足之处，比如：由于环境、光源、位移场中散斑点大小的改变，使得其他峰值点的相关系数和待测点的相关系数差别不大，有时甚至出现比待测点的相关系数还要大的情况，这就会造成误差，所以散斑相关测量法的关键就在于如何快速、准确地找到待测点[3]。
因此，搜索方法和测量算法的研究是数字散斑相关方法运用于实验和工程的重点、难点。
数字散斑相关方法的原理及土木工程应用简介
数字散斑相关方法的原理及土木工程应用简介刘光利;姜红艳【摘要】数字散斑相关方法（DSCM）是一种全场、无接触、高自动化和高精度的光学变形测量方法,与其它变形测量技术相比数字散斑相关方法有其独到的优越性能。
经各研究学者不断的研究改进,数字散斑相关方法的理论逐渐完善,作为一种固体材料表面变形测量方法,在固体力学的实验中广泛应用,同时在土木工程变形测量中得到较快的发展。
本文对该方法的基本原理、模型及决定测量精度的因素进行了简单介绍,同时对其在土木工程中的应用进行了概述。
【期刊名称】《安徽建筑大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2015(023)006【总页数】8页(P52-58,62)【关键词】相关系数;误差分析;整像素搜索法;亚像素搜索法【作者】刘光利;姜红艳【作者单位】解放军理工大学国防工程学院,江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TU18数字散斑相关方法(Digital Speckle Correlation Method,DSCM)，又称数字图像相关方法(Digital Image Correlation Method,DIC),由日本的Yamaguchi[1],美国的Peters、Ranson等[2]于20世纪80年代初提出。
高建新[3]是我国最先对该测量技术进行研究的学者。
DSCM是图像处理技术与光学变形测量技术相结合的产物,是基于物体表面散斑灰度分析获取位移和应变信息的光学测量方法。
与接触式应变测量法相比，DSCM的测量过程简单，测量时设备无须与试件相接触，省确了传感器较为繁琐的安装过程，消除了传感器安装所引起的测量误差；受限传感器的大小，接触式应变测量只能反映传感器所在部位的应变信息，而数字散斑相关方法可获取摄像镜头下的全场应变信息；由于摄像机可连续拍摄，可方便的实现动态测量。
与光弹贴片、散斑干涉技术等传统光学测量方法相比，DSCM对光路的要求相对简单，其试验光源可用自然光或普通的照明光，不需要进行干涉条纹的处理，且其对测试环境、隔振要求较低。
dic 技术 政策
DIC技术，全称为Digital Image Correlation，即数字图像相关法，是一种非接触式现代光学测量实验技术。
它通过跟踪物体表面散斑图案的变形过程，计算散斑域的灰度值的变化，从而得到被测物表面的变形和应变数据。
DIC技术具有光路简单、环境适应性好、测量范围广以及自动化程度高等诸多优点，已经被广泛应用于土木工程、机械、材料科学等领域。
具体来说，DIC技术可以用于测量任何材料物体轮廓、位移、振动和应变的光学测量系统。
该技术可用于多种测试，包括拉伸、扭转、弯曲和复合加载的静动态应用。
整个测量过程，只需以一台或两台图像采集器，拍摄变形前后待测物图像，经运算后3D全场应变数据分布即可一目了然。
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2D系统——单相机系统
频率及视场依据型号而定 2组36瓦LED光源 专业的三脚架 镜头 25mm（典型配置，可更改） 电源适配器 相机至计算机的数据线 标记模板 永久记号铅笔 标定网格——用于设置坐标系统、透视补偿、几何镜头失真 防护箱 软件安装U盘 许可证 手册
褒博机电科技有限公司
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褒博机电——介绍
专注于力学测试 、测量系统、仿真系统的研究、开发及销售 2010年由资深测试工程师创立 总部位于上海理工大学国家大学科技园内 在香港设有办公室，具有自主进出口权 员工均具有本科或以上学历 销售工程师及支持工程师均具有多年工作经验 服务过的用户包括哈尔滨工业大学等高校 合作伙伴包括德国Form+Test、英国Tiab
硬件模块
2D系统——BFLY
BFLY050， 0.78 µm @ 100 mm FOV BFLY100， 0.52 µm @ 100 mm FOV BFLY125， 0.49µm @ 100 mm FOV BFLY150， 0.36 µm @ 100 mm FOV BFLY200， 0.30µm @ 100 mm FOV BFLY250， 0.24 µm @ 100 mm FOV
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褒博机电——优势
富有经验的技术团队，提供专业方案，实现客户的测试想法 优秀的产品、系统设计和集成能力 强有力的项目执行、技术支持和售后服务能力 非常熟悉汽车总成、部件疲劳耐久及性能试验。
能按照每个客户的不同情况，选择配置不同的 产品，组成满足客户需要的最优方案 用户需要的不仅仅是一套试验系统设备，而是 希望获得咨询、产品、支持等一整套的服务， 因而，项目团队将和客户紧密合作，提供最强 的项目支撑 核心部件仅使用国外富有经验的厂家
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(u;v)=(1;1)
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目标图像 参考图像
数字图像相关方法
亚像素的移动需使用插值
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3D系统——垂直配置、角度固定
一个立ห้องสมุดไป่ตู้间隔板，尺寸350mm 2组压合适配器 同步电缆
硬件模块
相机
MCR030， 1.56 µm @ 100 mm FOV MCR050， 0.78 µm @ 100 mm FOV MCR100， 0.52 µm @ 100 mm FOV MCR125， 0.49 µm @ 100 mm FOV MCR150， 0.36 µm @ 100 mm FOV MCR200， 0.30 µm @ 100 mm FOV MCR250， 0.24 µm @ 100 mm FOV MCR300， 0.20 µm @ 100 mm FOV MCR400， 0.15 µm @ 100 mm FOV
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图像噪音的处理
数字图像相关方法
美国Tovey 及StressPhotonics、捷克Sobriety
褒博机电——产品与服务
多通道结构加载系统 静压支撑作动器、聚合涂层作动器 伺服控制器、软件及二次开发服务 疲劳试验机 振动台 应力、应变及力的测量 定制化系统 升级、维护 夹具、油源等系统辅助设施
查看记录的数据（并行查看不同的相机） 外部同步及捕捉模式 支持DSLR相机（PTP协议） ROI/AOI（高速低分辨率） 聚焦和瞄准工具 通过模拟量、RS232和TCP/IP输出 通过RS232和TCP/IP，利用应用编程接口（API）实现远程控制 2组点探测器在线计算 1组延伸线在线计算 标识点探测 宽度检测和测量 基于网格的自动坐标系定义 冻结延伸线端点功能 图像观察功能（反转、缩放、过/欠曝光指示、快速浏览、旋转） 工程应力-工程应变评估 真实应力-真实应变评估 引伸计标定 操作员使用的简洁版用户界面
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(x;y)=(5;5)
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RT——在线记录和图像数据采集 ENTER——数据处理功能 PLUS——具有更多功能的附加模块 3D视频引伸计——带立体视觉功能的附加模块 TEST RIG——用于试验机控制的模块 FULLFIELD（DIC）——全场变形分析的附加模块 VIBROGRAPHY（FFT）——带振动分析功能的附加模块
软件模块
PLUS模块（需ENTER或RT模块）
支持多相机（RT+ENTER） 支持高速相机（RT+ENTER） 缝合模式（为获得视场外图像而使用多相机时） 无限制的虚拟测量工具——延伸线、点探测、应变片 颈缩测量 力测量 探针链 粒子图像速度场（PIV——particle image velocity） 基于参考长度的坐标系定义 自定义符号编辑器 基于CAD的高级坐标系定义 存储为CSV格式，自由编辑 相机镜头失真修正 试样的二维码标识 坐标系偏移 刚性运动功能
附件
计算机 POE LAN板卡 CAN总线 AD/DA转换 联接测试台架的ECU 无线传感器 IRC-CUT滤波片 触摸屏 激光准直器 同步盒 卤素光源 磁性臂 三脚架 标定网格 镜头 相机安装套件
硬件模块
数字图像相关方法
（x，y)和(x∗,y∗)表示子区变形前的任意一点 及其对应的变形后的点，如右图中的Q点
∆x,∆y为Q点到子区域的中心点P在参考图像x 方向和y方向上的距离
子区的位移和变形可用中心点的位移u、v和 它们四个导数派生量 ∂u/∂x ， ∂u/∂y， ∂v/∂x， ∂v/∂y 来表示
同步数据记录与计算 视频频闪功能（与周期性情况同步）
数字图像相关方法
下面像素移动（红点）
时间点t
移动
B2B
时间点 t’
移动
使用子区(无法追踪单像素):
时间点t”
时间点 t
8
时间点 t’
软件模块
RT模块
记录不同相机的数据，支持 AVT / Prosilica / Teledyne / Videology / Webcam / Cameralink / Basler / PoinGray / Matrix Vision
数字图像相关方法
计算机中呈现的图像
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硬件模块
2D系统——双/多相机系统
与单相机系统类似 压合间隔板 压合适配器
硬件模块
3D系统——水平配置、角度可调
专业的三脚架，尺寸300mm、500mm； 专用防护箱； 3组54瓦LED光源； 电源适配器； 同步电缆。