
Цифровая корреляция и отслеживание изображений: как это работает и где применяется
Цифровая корреляция и отслеживание изображений — это современный оптический метод, который позволяет с высокой точностью измерять изменения в изображениях, будь то в двухмерной (2D) или трёхмерной (3D) плоскости. Этот метод активно используется для анализа смещений и деформаций в различных материалах и конструкциях, что делает его незаменимым инструментом в промышленности, науке и технике. В отличие от традиционных методов, таких как тензодатчики или экстензометры, цифровая корреляция изображений (DIC) предоставляет более детализированные данные, охватывающие как локальные, так и общие изменения.
Что такое цифровая корреляция изображений?
Цифровая корреляция изображений — это технология, которая использует анализа изображений для измерения деформаций и смещений. В основе метода лежит сравнение двух или более изображений одного объекта, сделанных до и после воздействия на него (например, механической нагрузки). Сравнивая эти изображения, система определяет, как изменилось положение отдельных точек на объекте, и вычисляет степень деформации.
Этот метод стал особенно популярен благодаря развитию компьютерных технологий и цифровых камер. Хотя изначально DIC использовал оптику белого света, сегодня он может быть адаптирован практически к любой технологии визуализации, включая микроскопию, рентгеновские снимки и даже магнитно-резонансную томографию (МРТ).
История метода
Идея использования корреляции для анализа данных не нова. Она применялась в различных областях, начиная с 1970-х годов. Однако настоящий прорыв произошёл в 1980-х годах, когда исследователи из Университета Южной Каролины начали активно использовать DIC в механических испытаниях. С тех пор метод был значительно усовершенствован, и сегодня он используется в самых разных сферах, от анализа изображений до оценки деформации материалов.
Как работает DIC?
Основой метода является поиск максимальной корреляции между подмножествами пикселей на двух изображениях. Это позволяет определить, насколько сместились отдельные участки изображения. Важно отметить, что DIC может измерять смещения с точностью, превышающей разрешение исходных изображений. Это называется «субпиксельной регистрацией», когда сдвиг измеряется с точностью до долей пикселя.
Для вычисления корреляции используется математический аппарат, включая преобразование Фурье, которое значительно ускоряет процесс. Вместо прямого вычисления корреляции, система преобразует изображения в частотную область, где вычисления выполняются быстрее. После этого результат обратно преобразуется в пространственную область, что позволяет определить точное смещение.
Применение DIC в механике и промышленности
Одним из ключевых применений DIC является анализ деформации материалов. Например, при механических испытаниях металлов, композитов или пластиков важно точно измерять, как материал деформируется под нагрузкой. DIC позволяет получить полную картину деформации по всему объёму материала, что невозможно при использовании традиционных методов.
Кроме того, DIC активно используется в авиационной и автомобильной промышленности для проверки прочности конструкций. Например, при испытаниях крыльев самолётов или кузовов автомобилей DIC помогает выявить слабые места и предотвратить возможные аварии.