很多人第一次接触DIC数字图像相关技术时，会产生一个疑问：

DIC是不是用相机拍摄材料变形，再通过软件进行分析？

从表面上看，DIC确实需要使用相机采集试样变形过程，但它并不是简单地“拍视频”。普通视频主要记录试验中发生了什么，而DIC需要进一步回答：

▪ 材料从哪里开始变形？

▪ 不同位置分别变形了多少？

▪ 应变集中出现在哪里？

▪ 变形如何随载荷和时间发展？

▪ 哪些区域可能先发生损伤或失效？

DIC的核心价值，是通过图像匹配和计算，将试样表面的图像变化转化为可量化的位移、应变、三维形貌和数据曲线。

什么是DIC数字图像相关技术？

DIC，全称Digital Image Correlation，中文通常称为数字图像相关法或数字图像相关技术，是一种基于图像分析的非接触光学测量方法。

在材料力学试验和结构测试中，DIC可以利用相机记录试样表面在加载前后的图像，并通过相关匹配算法计算表面位移，进一步得到应变分布。

与只能测量单个位置或一段标距的方法不同，DIC可以在相机可见的测量区域内，获取较为密集的位移和应变数据，并以云图、曲线等形式呈现材料的变形过程。

简单来说：相机负责采集图像，DIC算法负责从图像中计算位移和应变。

DIC如何测量材料变形？

DIC的基本过程可以概括为：先为试样表面建立可识别的图像特征，再追踪这些特征在变形过程中的位置变化。

1. 在试样表面制作散斑

测试前，通常需要在试样表面制作随机分布的黑白散斑。

散斑可以理解为试样表面的“视觉指纹”。每一小块区域都具有不同的灰度和纹理特征，软件可以据此识别并追踪该区域。

散斑的尺寸、密度、随机性和对比度，都会影响后续图像匹配和测量结果。

2. 连续采集变形图像

试验开始后，相机会按照设定的采样频率连续采集图像。

软件通常将加载前或某一指定时刻的图像作为参考图像，再将后续图像作为变形图像进行比较。

3. 追踪图像区域的移动

DIC软件会把测量区域划分成许多小区域，也可以称为子区。

随后，算法会在后续图像中寻找与参考图像最相似的图像特征，判断这些区域移动到了哪里，以及形状发生了什么变化。

这一过程类似高精度的“找不同”，但比较的不是肉眼可见的明显变化，而是图像灰度和纹理特征的细微变化。

4. 由位移计算应变

当软件得到各个区域的移动方向和移动距离后，就可以形成位移场。

通过比较相邻位置之间的位移变化，还可以进一步计算应变场，分析材料局部被拉伸、压缩或剪切的程度。

因此，应变并不是相机直接拍摄得到的，而是根据位移结果和应变计算方法进一步求解得到的。

子区大小、步长、应变窗口和滤波方式等分析参数，也可能对最终结果产生影响。

DIC能够输出哪些测量结果？

DIC得到的不只是一段试验视频，还可以输出多种可用于材料分析和工程验证的数据，包括：

▪ X、Y方向位移

▪ 三维空间位移

▪ 轴向应变与横向应变

▪ 剪切应变

▪ 主应变

▪ 位移云图

▪ 应变云图

▪ 时间—位移曲线

▪ 时间—应变曲线

▪ 应力—应变曲线

▪ 三维形貌和点云数据

其中，位移云图和应变云图可以通过不同颜色表示数值大小，帮助工程师直观识别变形较大区域、应变集中区域以及潜在薄弱位置。

相机像素越高，DIC测量就越准确吗？

不一定。

相机分辨率会影响空间采样能力，但DIC测量精度并不只由像素数量决定。

一套DIC系统的测量结果，还会受到以下因素影响：

▪ 散斑尺寸和散斑质量

▪ 镜头分辨率和镜头畸变

▪ 相机噪声和动态范围

▪ 光源稳定性

▪ 试样表面反光和阴影

▪ 相机安装稳定性

▪ 相机同步精度

▪ 标定精度

▪ 测量视野

▪ 图像采样频率

▪ DIC算法和分析参数

▪ 环境振动和空气扰动

例如，相机虽然具有较高像素，但如果散斑过大、过小、对比度不足或分布不均，软件仍然可能难以稳定识别图像特征。

同样，光线变化、局部反光、相机振动和标定偏差，也可能被算法识别为试样变形，从而影响位移和应变结果。

因此，DIC不是简单的“高像素相机加分析软件”，而是由散斑、相机、镜头、光源、光路、标定、同步、算法和数据分析共同组成的完整测量链。

二维DIC和三维DIC有什么区别？

DIC通常可以分为二维DIC和三维DIC。两者的主要区别，在于能否测量试样朝相机方向发生的离面运动。

单相机二维DIC适合哪些测试？

单相机二维DIC通常更适合以下场景：

▪ 试样表面近似平整

▪ 主要发生平面内变形

▪ 试样与相机之间的距离基本不变

▪ 测量区域没有明显翘曲或转动

二维DIC主要根据图像平面内的变化计算位移。

如果试样在测试过程中向相机靠近或远离，即发生离面运动，试样在图像中的尺寸和位置也会随之变化。软件可能将这种前后运动误认为试样表面发生了平面内变形，从而产生测量误差。

双目三维DIC如何测量空间变形？

双目三维DIC通常使用两台相机，从不同视角同时观察试样。

其原理类似人的双眼，通过两个视角之间的差异，重建试样表面的三维空间坐标，并测量X、Y、Z三个方向的位移。

双目三维DIC更适合：

▪ 曲面试样

▪ 弯曲和翘曲测试

▪ 存在明显离面运动的试验

▪ 复杂结构三维变形测量

▪ 三维形貌和三维应变分析

单目三维DIC是什么？

海塞姆科技单目三维DIC通过专用光路，将不同视角的图像信息汇入同一台相机，再结合空间标定和三维计算方法，重建试样表面的三维形貌、位移和应变。

这种方式并不是利用普通单相机图像直接推测深度，而是在一套相机和镜头架构下获取多个有效视角，从而完成三维测量。

相比多台相机布置，单目三维DIC可以减少不同相机之间在同步、安装和调试方面的复杂性，适用于高速测试、安装空间有限以及设备集成要求较高的应用场景。

DIC为材料力学试验增加了哪些测量维度？

材料力学试验通常可以获得强度、刚度、屈服、断裂等结果，但在研发和失效分析中，工程师往往还需要了解变形发生的具体位置和发展过程。

例如：

▪ 损伤最先从哪里开始？

▪ 材料变形是否均匀？

▪ 应变集中在哪个区域？

▪ 裂纹附近的应变如何演化？

▪ 不同结构区域如何协同变形？

▪ 仿真结果与实测结果在哪些位置存在偏差？

▪ 试样失效前是否已经出现局部异常？

仅依靠单个测点或一段标距的平均结果，通常难以完整描述这些空间差异。

DIC可以在整个测量区域内获取位移和应变分布，使材料测试从单点数据或平均值，扩展到全场变形分析。

DIC为什么适合轻质、柔性和大变形试样？

DIC采用非接触光学测量方式，相机和镜头无需直接安装在被测区域上。

因此，在测试轻质、柔性、薄壁、微小或大变形试样时，可以减少传感器质量、粘贴层和引线对试样刚度、质量及运动状态的影响。

DIC常见应用对象包括：

▪ 薄膜和橡胶

▪ 复合材料

▪ 泡沫和多孔材料

▪ 纤维和细丝

▪ 柔性电子器件

▪ 轻量化零部件

▪ 微小尺寸试样

▪ 大变形试样

▪ 曲面和复杂结构

对于局部变形明显或变形范围较大的试样，DIC还可以通过全场云图观察不同区域之间的差异。

DIC试验结束后还能重新分析吗？

在图像质量、采样频率和数据保存满足要求的情况下，DIC试验结束后仍然可以基于原始图像重新进行分析。

工程师可以根据后续研究需求：

▪ 重新选择测量区域

▪ 调整分析参数

▪ 任意设置标距

▪ 提取不同位置的位移数据

▪ 提取不同区域的应变数据

▪ 重新观察局部变形过程

▪ 对比不同阶段的应变分布

这意味着同一次试验图像，可以从不同位置、不同范围和不同分析目标出发进行数据提取。

DIC可以得到应力—应变曲线吗？

DIC主要负责测量位移和应变，本身不直接测量力。

当DIC系统与试验机或力传感器同步后，可以将试验过程中记录的力值，与DIC测得的应变数据进行对应。

再结合试样原始截面尺寸，可以计算名义应力，并形成应力—应变曲线。

如果需要进行真实应力、真实应变或复杂截面分析，还需要根据具体试验方法、试样形状和数据处理要求进行计算。

DIC数据可以和有限元仿真对比吗？

可以。

DIC能够提供测量区域内较为密集的位移场和应变场，因此常用于有限元仿真模型验证。

工程师可以将实测位移、应变分布与有限元结果进行对比，分析：

▪ 变形趋势是否一致

▪ 应变集中位置是否对应

▪ 边界条件设置是否合理

▪ 材料参数是否准确

▪ 接触关系是否符合实际

▪ 局部结构是否需要优化

相比只对比单个测点，基于全场数据的对比可以提供更多空间信息，为材料参数识别、模型修正和结构设计优化提供依据。

DIC可以用于哪些试验场景？

通过配置不同的相机、镜头、光源、采集频率和环境附件，DIC可以应用于多种材料与结构测试场景，包括：

▪ 拉伸试验

▪ 压缩试验

▪ 弯曲试验

▪ 剪切试验

▪ 疲劳试验

▪ 振动测试

▪ 冲击测试

▪ 高速动态测试

▪ 高温力学试验

▪ 低温力学试验

▪ 大变形测量

▪ 微尺度测量

▪ 裂纹扩展分析

▪ 复合材料测试

▪ 有限元仿真验证

不同测试场景对测量视野、空间分辨率、采样频率、温度适应能力和同步方式的要求不同，需要根据试样尺寸、变形速度和试验目的选择相应配置。

DIC与普通视频的本质区别是什么？

DIC与普通视频都可以使用相机记录试验过程，但二者的目的和输出结果不同。

普通视频主要用于观察和记录，回答的是“试验过程中发生了什么”。

DIC则需要通过散斑识别、图像匹配、空间标定和应变计算，把图像转化为位移与应变数据，回答：

▪ 变形发生在哪里？

▪ 不同位置变形了多少？

▪ 变形从什么时候开始？

▪ 应变集中如何发展？

▪ 损伤和失效可能由什么引起？

因此，DIC不是简单地把材料变形拍下来，而是通过完整的光学测量与图像计算链路，对材料变形过程进行量化分析。

关于DIC数字图像相关技术的常见问题

▪ DIC必须制作散斑吗？

大多数DIC测试需要具有随机性和对比度的表面图像特征，因此通常需要制作黑白散斑。如果被测表面本身具有稳定、随机且清晰的自然纹理，也可能直接用于图像相关分析，但需要提前验证图像质量。

▪ DIC可以测量位移，也可以测量应变吗？

可以。DIC首先通过图像匹配计算位移，再根据不同位置之间的位移变化计算应变。

▪ DIC属于非接触测量吗？

属于。DIC通过相机采集试样表面图像，测量设备不需要与被测区域直接接触。

▪ 二维DIC能不能测量弯曲试样？

如果弯曲过程中存在明显的离面运动或表面曲率变化，二维DIC可能产生额外误差。此类测试通常更适合采用能够测量三维空间运动的DIC方案。

▪ DIC测量精度主要取决于什么？

DIC测量精度与相机、镜头、视野、散斑、光照、标定、系统稳定性、环境条件、算法以及分析参数等多项因素有关，不能只根据相机像素判断。

▪ DIC可以用于高速冲击测试吗？

可以，但需要根据变形速度选择相应采样频率、曝光时间、光源亮度和高速相机配置，确保关键变形过程能够被清晰记录。

DIC的价值在于读懂材料变形过程

拍摄一段材料试验视频并不困难，真正具有测量价值的是将图像转化为可靠、可分析、可验证的数据。

海塞姆科技持续围绕DIC视觉传感、光学测量和图像算法开展研发，构建覆盖图像采集、空间标定、位移求解、应变分析和结果输出的完整测量链路。

通过DIC，工程师不仅可以知道试样最终是否断裂，还可以进一步分析变形从哪里开始、如何扩展、哪些区域率先出现应变集中，以及局部损伤为什么最终发展为整体失效。

这正是DIC数字图像相关技术区别于普通视频记录的核心价值。