Digitálna korelácia obrazu

Digitálna korelácia obrazu (DIC) je metóda na výpočet 2D alebo 3D súradníc zo zaznamenaných jednotlivých obrázkov alebo sérií obrázkov z jednej kamery, stereokamery alebo viackamerového systému. Ak sa záznam obrazu vykonáva počas určitého obdobia, možno získať výsledky meraní pre posuny, rýchlosti a zrýchlenia v 2D alebo 3D. Interpretáciou lokálnych posunov medzi 2D alebo 3D súradnicami možno vypočítať hodnoty deformácií a rýchlosti deformácií. Pre výsledky DIC je typické, že sú dostupné ako úplné dáta merania z povrchu skúšobných vzoriek na základe tisícov 2D alebo 3D súradníc s veľmi vysokým lokálnym rozlíšením.

Pred vykonaním merania DIC sa povrch skúšobných vzoriek zvyčajne pripraví vhodným vzorom. Vzor možno aplikovať napríklad sprejom, štetcom, tlačou a pod. Pokiaľ sa vzor počas skúšky pohybuje a deformuje spolu s povrchom vzorky, technika aplikácie vzoru je druhoradá.

Pred vykonaním skúšky sa systém DIC nastaví na požadované zorné pole a skalibruje. Pre systém s jednou kamerou sa definujú parametre skreslenia objektívu a mierka pixelov. Pre stereo alebo viackamerový systém DIC sa dodatočne odvodia relatívne orientácie kamier. Nasledujúci text sa zameriava len na stereokamerové systémy, pretože ide o najbežnejšiu konfiguráciu.

Po nastavení a pred začatím skúšky sa ľavou a pravou kamerou zaznamenajú tzv. referenčné obrázky alebo referenčný stupeň. Tieto zaznamenané snímky slúžia ako referenčná hodnota pre posun a deformáciu pre všetky ďalšie vyhodnotenia. Počas skúšky sa záznam snímky vykonáva podľa požiadaviek skúšky, t. j. frekvencie záznamu snímok, času expozície atď.

Na počiatočný referenčný obrázok ľavej kamery sa nanesie matica faziet (podmnožín) s veľkosťou a vzdialenosťou závislou od aplikácie. Táto matica pozostáva z tisícov faziet. Fazety sa používajú na výpočet 3D súradníc vyhodnotením rozloženia hodnôt šedej v každej fazete a jej opätovnou identifikáciou v referenčnej snímke pravej kamery. Zo stredov faziet v snímkach ľavej a pravej kamery sa pomocou kalibračných dát zo snímača DIC triangulujú 3D súradnice. Identifikácia zodpovedajúcich faziet v snímkach ľavej a pravej kamery a vo všetkých snímkach v čase sa vykonáva v subpixelovom rozsahu. To vedie k výrazne vyššej presnosti v porovnaní s mierkou pixelov.

Počiatočnými výsledkami DIC sú 3D súradnice z povrchu vzoriek v čase. Odčítaním 3D súradníc všetkých zaznamenaných stupňov v čase od 3D súradníc referenčného stupňa sa získajú hodnoty 3D posunov. Okrem toho sa pomocou časových derivácií hodnôt posunu vypočítajú 3D rýchlosti a 3D zrýchlenia.

Lokálny rovinný tenzor deformácií, ktorý zohľadňuje relatívne posuny medzi vypočítanými 3D súradnicami, poskytuje mieru povrchových deformácií v smere X a Y, ako aj hlavné a vedľajšie deformácie a rýchlosti deformácií ako časové derivácie.

Dnes je DIC rozšírený vo väčšine priemyselných odvetví, ako aj vo výskume a vývoji na univerzitách a vo výskumných zariadeniach. Vďaka svojmu bezkontaktnému princípu a schopnosti merať a vyhodnocovať pohyby, deformácie, napätia, rýchlosti a zrýchlenia je DIC univerzálnym nástrojom v oblasti skúšania materiálov a komponentov.

DIC nahrádza tradičné meracie prístroje, ako sú LVDT, tenzometre a akcelerometre, pretože zjednodušuje prípravy vzoriek a merania.

Dostupná digitálna kamerová technológia podporuje snímanie vo vysokom rozlíšení a vysokorýchlostné zobrazovanie až do frekvencií 5 MHz, čo umožňuje ďalšie a nové spôsoby použitia.