Tương quan hình ảnh kỹ thuật số

Tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) là một quy trình để tính toán tọa độ 2D hoặc 3D từ các hình ảnh đơn lẻ hoặc chuỗi hình ảnh được ghi lại từ một camera đơn, camera âm thanh nổi hoặc hệ thống nhiều camera. Nếu việc thu nhận hình ảnh được thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định, có thể thu được kết quả đo chuyển vị, vận tốc và gia tốc trong 2D hoặc 3D. Bằng cách giải thích sự dịch chuyển cục bộ giữa các tọa độ 2D hoặc 3D, các giá trị biến dạng và tốc độ biến dạng có thể được tính toán. Điển hình cho kết quả DIC là chúng có sẵn dưới dạng dữ liệu đo toàn trường từ bề mặt của mẫu thử nghiệm dựa trên hàng ngàn tọa độ 2D hoặc 3D với độ phân giải cục bộ rất cao.

Để thực hiện phép đo DIC, thông thường bề mặt của mẫu thử nghiệm được chuẩn bị mẫu hình thích hợp. Các mẫu hình có thể được tạo ra bằng cách sử dụng bình xịt, bàn chải, in ấn, v.v. Miễn là mẫu hình di chuyển và biến dạng với bề mặt của mẫu thử trong quá trình thử nghiệm, kỹ thuật tạo ra mẫu hình chỉ đóng vai trò phụ.

Trước khi thực hiện kiểm tra, hệ thống DIC được thiết lập theo trường quan sát mong muốn và được hiệu chuẩn. Đối với một hệ thống camera đơn, các thông số biến dạng ống kính và tỷ lệ pixel được xác định. Đối với hệ thống stereo DIC hoặc nhiều camera, các hướng camera tương đối cũng được suy ra. Trong phần sau, bài viết này chỉ tập trung vào các hệ thống stereo camera, vì đây là cấu hình phổ biến nhất.

Sau khi thiết lập và trước khi bắt đầu thử nghiệm, cái gọi là hình ảnh tham chiếu hoặc giai đoạn tham chiếu được chụp bằng camera bên trái và bên phải. Những hình ảnh được chụp này đóng vai trò là tham chiếu dịch chuyển và biến dạng cho tất cả các đánh giá tiếp theo. Trong quá trình thử nghiệm, việc thu nhận hình ảnh được thực hiện tùy thuộc vào các yêu cầu thử nghiệm, tức là tần suất thu nhận hình ảnh, thời gian phơi sáng, v.v.

Một ma trận các mặt (tập hợp con) với kích thước và khoảng cách phụ thuộc vào ứng dụng được phủ lên trên hình ảnh tham chiếu ban đầu của camera bên trái. Ma trận này bao gồm hàng ngàn cạnh vát. Các cạnh vát được sử dụng để tính toán tọa độ 3D bằng cách đánh giá sự phân bố giá trị màu xám trong mỗi cạnh vát và xác định lại trong hình ảnh tham chiếu của camera phù hợp. Từ trung tâm của các mặt trong hình ảnh camera bên trái và trong hình ảnh camera bên phải, tọa độ 3D được tam giác hóa với sự trợ giúp của dữ liệu hiệu chuẩn từ cảm biến DIC. Việc xác định các cạnh vát tương ứng ở hình ảnh camera bên trái và bên phải và thông qua tất cả các hình ảnh theo thời gian được thực hiện trong phạm vi subpixel, do đó, dẫn đến độ chính xác cao hơn nhiều so với chỉ tỷ lệ pixel.

Kết quả ban đầu từ DIC là tọa độ 3D từ bề mặt mẫu theo thời gian. Trừ tọa độ 3D từ tất cả các giai đoạn được ghi lại theo thời gian từ tọa độ 3D của giai đoạn tham chiếu dẫn đến các giá trị dịch chuyển 3D. Ngoài ra, với các dẫn xuất thời gian của các giá trị dịch chuyển, vận tốc 3D và gia tốc 3D được tính toán.

Một đại lượng có hướng biến dạng mặt phẳng cục bộ, xem xét sự dịch chuyển tương đối giữa các tọa độ 3D được tính toán, cung cấp các biện pháp biến dạng bề mặt theo hướng X và hướng Y cũng như các biến dạng chính (biến dạng chính và phụ) và tốc độ biến dạng như các biến đổi theo thời gian.

Ngày nay, DIC được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các phân khúc ngành và trong nghiên cứu và phát triển tại các trường đại học và cơ sở nghiên cứu. Với nguyên lý không tiếp xúc và khả năng đo lường và đánh giá chuyển động, độ căng, biến dạng, vận tốc và gia tốc, DIC là một công cụ linh hoạt trong các lĩnh vực thử nghiệm vật liệu và linh kiện.

DIC thay thế các thiết bị đo truyền thống, chẳng hạn như LVDT, đồng hồ đo biến dạng và gia tốc kế vì dễ dàng chuẩn bị mẫu và đo lường.

Công nghệ máy ảnh kỹ thuật số hiện có hỗ trợ hình ảnh độ phân giải cao và hình ảnh tốc độ cao lên đến tần số 5 MHz, mở ra nhiều lĩnh vực ứng dụng hơn.