Digitální korelace obrazu

Digitální obrazová korelace (DIC) je metoda výpočtu 2D nebo 3D souřadnic z jednotlivých snímků nebo sérií snímků, které byly zaznamenány buď jednou kamerou, nebo systémem stereokamer či systémem více kamer. Pokud jsou snímání obrazu provádí po určitou dobu, lze z toho odvodit výsledky měření posunů, rychlostí a zrychlení ve 2D nebo 3D. Interpretací lokálních posunů mezi 2D nebo 3D souřadnicemi lze vypočítat hodnoty deformace a míry deformace. Výsledkem digitální korelace obrazu jsou údaje o měření celého povrchu objektu na základě tisíců 2D nebo 3D souřadnic s velmi vysokým prostorovým rozlišením.

Pro měření DIC se obvykle připraví povrch měřených objektů s vhodným vzorem. Vzory lze nanášet například pomocí sprejů, štětců, otisků apod. Dokud se vzor během zkoušky pohybuje a deformuje spolu s povrchem vzorků, hraje technika nanášení vzoru podružnou roli.

Před provedením testu se systém DIC nastaví na požadované zorné pole a zkalibruje. U systému s jednou kamerou se definují parametry zkreslení objektivu a škálování pixelů. V případě stereokamerových nebo vícekamerových systémů DIC se navíc odvodí relativní orientace kamer. Tento text se zaměřuje výhradně na systémy stereokamer, protože je to v praxi nejběžnější konfigurace.

Po nastavení a před zahájením testu se levou a pravou kamerou pořídí tzv. referenční snímky nebo referenční stupeň. Tyto pořízené snímky slouží jako referenční hodnoty posunutí a deformace pro všechna další vyhodnocení. Během zkoušky se pořizování snímků provádí v závislosti na požadavcích zkoušky, tj. na frekvenci pořizování snímků, době expozice atd.

Počáteční referenční obraz levé kamery je překryt maticí faset (malých dílčích oblastí) s velikostí a vzájemnou vzdáleností závislou na aplikaci. Tato matice obsahuje tisíce faset. Fasety lze použít k výpočtu 3D souřadnic vyhodnocením rozložení hodnot šedi v každé fasetě a její opětovnou identifikací v referenčním obrazu pravé kamery. Ze středů faset v obrazech levé kamery a v obrazech pravé kamery se pomocí kalibračních dat ze snímače DIC triangulují 3D souřadnice. Přiřazení odpovídajících faset v obrazech levé a pravé kamery se provádí pro všechny obrazy v čase v subpixelovém rozsahu. Ve srovnání s čistě pixelovým škálováním dosahuje tato metoda výrazně vyšší přesnosti.

Počáteční výsledky z DIC jsou 3D souřadnice z povrchu vzorků v čase. Odečtením 3D souřadnic ze všech zaznamenaných stupňů zatížení v čase od 3D souřadnic referenčního stavu se získají hodnoty 3D posunů. Kromě toho lze pomocí časových derivací hodnot posunutí vypočítat 3D rychlosti a 3D zrychlení.

Lokální tenzor rovinné deformace, který představuje relativní posuny mezi vypočtenými 3D souřadnicemi, poskytuje hodnoty pro povrchovou deformaci ve směrech X a Y, jakož i hlavní a vedlejší deformaci a rychlosti deformace jako časové derivace.

Dnes se metoda DIC hojně používá ve většině průmyslových odvětví, ve výzkumu a vývoji na univerzitách a výzkumných ústavech. Díky bezkontaktnímu principu a schopnosti měřit a vyhodnocovat pohyby, deformace, deformace, rychlosti a zrychlení je DIC univerzálním nástrojem při testování materiálů a součástí.

DIC nahrazuje konvenční měřicí zařízení, jako jsou LVDT, tenzometry a akcelerometry, protože umožňuje snadnou přípravu vzorků a měření.

Dostupná technologie digitální kamery podporuje obrazy s vysokým rozlišením a vysokorychlostní snímání s frekvencí až 5 MHz, což otevírá další oblasti použití.