Correlazione di immagini digitali

La correlazione di immagini digitali (DIC) è una procedura per calcolare le coordinate 2D o 3D da singole immagini registrate o da serie di immagini di una singola telecamera, di una telecamera stereoscopica o di un sistema multicamera. Se l’acquisizione delle immagini viene effettuata per un certo periodo, è possibile ricavare i risultati delle misure di spostamenti, velocità e accelerazioni in 2D o 3D. Interpretando gli spostamenti locali tra le coordinate 2D o 3D, è possibile calcolare i valori di deformazione e i tassi di deformazione. I risultati DIC sono disponibili come dati di misura a superficie intera della superficie del campione, basati su migliaia di coordinate 2D o 3D con una risoluzione locale molto elevata.

Per eseguire una misurazione della correlazione di immagini digitali, di solito la superficie dei campioni viene preparata con un modello adeguato. I modelli possono essere applicati, ad esempio, con bombolette spray, pennelli, stampa, ecc. Finché il modello si muove e si deforma con la superficie del campione durante la prova, la tecnica di applicazione del modello ha un ruolo secondario.

Prima di eseguire un test, il sistema di correlazione di immagini digitali viene impostato sul campo visivo desiderato e calibrato. Per un sistema a telecamera singola, vengono definiti i parametri di distorsione dell’obiettivo e la scala dei pixel. Per un sistema di correlazione di immagini digitali stereoscopiche o multicamera, gli orientamenti relativi delle telecamere vengono ricavati in aggiunta. Di seguito, questo articolo si concentra solo sui sistemi di telecamere stereoscopiche, in quanto si tratta della configurazione più comune.

Dopo l’impostazione e prima dell’inizio del test, vengono acquisite le cosiddette immagini di riferimento o uno stadio di riferimento con la telecamera destra e sinistra. Le immagini acquisite servono come riferimento per lo spostamento e la deformazione per tutte le valutazioni successive. Durante il test, viene eseguita un’acquisizione di immagini in base ai requisiti del test, ossia la frequenza di acquisizione delle immagini, il tempo di esposizione e così via.

Una matrice di sfaccettature (sottoinsiemi) con dimensioni e distanze dipendenti dall’applicazione viene sovrapposta all’immagine di riferimento iniziale della telecamera sinistra. Questa matrice è composta da migliaia di sfaccettature. Le sfaccettature vengono utilizzate per calcolare le coordinate 3D valutando la distribuzione dei valori di grigio in ciascuna sfaccettatura e identificandola nuovamente nell’immagine di riferimento della telecamera destra. Dai centri delle sfaccettature nelle immagini della telecamera sinistra e in quelle della telecamera destra, vengono triangolate le coordinate 3D con l’aiuto dei dati di taratura del sensore di correlazione di immagini digitali. L’identificazione delle sfaccettature corrispondenti nelle immagini della telecamera di destra e di sinistra e in tutte le immagini nel corso del tempo viene effettuata nell’intervallo dei subpixel, garantendo così a un’accuratezza molto più elevata rispetto alla semplice scalatura dei pixel.

I risultati iniziali della correlazione di immagini digitali sono le coordinate 3D della superficie dei campioni nel tempo. Sottraendo le coordinate 3D di tutti gli stadi registrati nel tempo dalle coordinate 3D dello stadio di riferimento si ottengono i valori di spostamento 3D. Inoltre, con le derivate temporali dei valori di spostamento vengono calcolate le velocità e le accelerazioni 3D.

Un tensore locale di deformazione piana, che considera gli spostamenti relativi tra le coordinate 3D calcolate, fornisce misure di deformazione superficiale in direzione X e Y, nonché le deformazioni principali (maggiore e minore) e i tassi di deformazione come derivate temporali.

Oggi la correlazione di immagini digitali è ampiamente utilizzata nella maggior parte dei segmenti industriali e nella ricerca e sviluppo presso università e strutture di ricerca. Grazie alla mancanza di contatto e alla capacità di misurare e valutare movimenti, deformazioni, velocità e accelerazioni, la correlazione di immagini digitali è uno strumento versatile nelle aree di prova dei materiali e dei componenti.

La correlazione di immagini digitali sostituisce i dispositivi di misura tradizionali, come LVDT, estensimetri e accelerometri, grazie alla facilità di preparazione del campione e della misura.

La tecnologia della fotocamera digitale disponibile supporta immagini ad alta risoluzione e immagini ad alta velocità fino a frequenze di 5 MHz, aprendo così ulteriori campi di applicazione.