Sistemi di correlazione di immagini digitali ad alta velocità ARAMIS High Speed

La tecnologia di imaging digitale si evolve costantemente. Oltre alla risoluzione, la velocità di acquisizione delle immagini delle telecamere digitali è di grande importanza per molte applicazioni di imaging. In genere, le fotocamere digitali sono classificate come telecamere ad alta velocità se offrono una velocità di acquisizione delle immagini di almeno 1000 fotogrammi al secondo (fps). La velocità massima di acquisizione delle immagini è in costante aumento. Al momento sono disponibili telecamere con frame rate massimi pari a diversi milioni di immagini al secondo.

Molte telecamere ad alta velocità sono dotate di chip di imaging che consentono il ritaglio. Il ritaglio consente di ridurre la risoluzione dell’immagine per ottenere una maggiore velocità di imaging. Alcuni fattori chiave per le telecamere ad alta velocità sono la velocità di acquisizione delle immagini, specificata in fotogrammi al secondo (fps), e la sensibilità alla luce (ISO). Il vantaggio della velocità di imaging è evidente. Quanto più velocemente si possono registrare immagini di processi dinamici di deformazione o movimento, tanto più accuratamente si possono studiare i cambiamenti osservati. Il vantaggio della sensibilità alla luce del chip di imaging potrebbe non essere così evidente, ma è comunque un fattore importante. L’acquisizione di eventi altamente dinamici richiede molta luce per garantire un contrasto sufficiente nelle immagini successive. Se la luce non è sufficiente, le immagini potrebbero essere troppo scure per essere analizzate. Tenendo conto di ciò, la sensibilità alla luce del chip di imaging assume un significato pratico. Maggiore è la sensibilità alla luce, minore è la luce necessaria per ottenere immagini con un contrasto sufficiente. Ciò è particolarmente utile quando si tratta di misurare il movimento o la deformazione ad alta velocità di campioni di materiale che in genere sono di dimensioni molto ridotte. Può essere difficile posizionare le fonti luminose e puntarle sul campione negli spazi ristretti di un laboratorio. Quindi, usare meno lampade renderà il controllo qualità più facile e l’impostazione del sensore di misura 3D più conveniente.

Un altro vantaggio di un sensore di immagine con una maggiore sensibilità alla luce è che i tempi di esposizione possono essere ridotti. Tempi di esposizione molto brevi sono richiesti soprattutto per i test ad alta velocità nella ricerca sui materiali, ma anche per i crash test nel settore automotive. Se i tempi di esposizione sono troppo lunghi, c’è il rischio che i movimenti o le deformazioni rapide che devono essere studiate non possano più essere riprese in modo nitido. In questi casi si parla di “motion blur”. Tali dati di immagine sfocati dal movimento non sono quindi adatti alla valutazione con il metodo della correlazione di immagini digitali.

I sistemi di correlazione di immagini digitali ad alta velocità sono strumenti molto versatili per lo studio del movimento e della deformazione 3D nelle prove meccaniche. Le possibili applicazioni di questi sensori sono quindi molto vaste. Tra i vari campi di applicazione, i sensori di correlazione di immagini digitali ad alta velocità sono utilizzati per:

• Test d’impatto nel settore aerospaziale (test d’impatto con uccelli sul parabrezza dell’aereo, programma di test di ritorno al volo della NASA per lo Space Shuttle, compreso il test d’impatto sulla sezione alare del bordo di attacco)
• Test di gonfiaggio degli airbag nel settore automotive
• Test di analisi delle vibrazioni su componenti e strutture (ad esempio, misurazione della deflessione delle pale del rotore di un elicottero)
• Test di caduta nel settore automotive per valutare la resistenza alle collisioni del telaio e dei componenti automobilistici, come il vassoio della batteria dei veicoli elettrici
• Prove ad alta velocità di deformazione dei materiali (ad esempio, test alla Split-Hopkinson Bar)
• Test di impatto della testa sui parabrezza delle auto per migliorare la sicurezza dei pedoni
• Studi di movimento e deformazione biomeccanica (ad esempio, pompaggio della valvola cardiaca)
• Studi dell’impatto balistico (impatto di proiettili su caschi protettivi o giubbotti in Kevlar)
  

ARAMIS è un sistema di misura ottico per il rilevamento di deformazioni, spostamenti, velocità, accelerazioni, rotazioni e angoli non a contatto. ARAMIS combina la tecnologia di tracking dei punti e l’approccio di correlazione di immagini digitali per catturare le coordinate 3D e le loro misure derivate, come gli spostamenti e le deformazioni nel tempo.

ARAMIS può essere utilizzato in due modi per misurare le deformazioni e gli spostamenti. Utilizzando una sola telecamera per la misurazione, ARAMIS offre funzionalità di correlazione di immagini digitali 2D e di tracking dei punti, ossia è possibile misurare campioni o oggetti piatti e tracciare le traslazioni nelle direzioni X e Y, nonché le deformazioni planari.

La piena potenza di ARAMIS si manifesta quando si utilizzano due telecamere per la misurazione di deformazioni e spostamenti in 3D. È possibile misurare campioni e oggetti di qualsiasi forma con il cosiddetto sensore della telecamera stereo e tracciare le traslazioni nello spazio 3D. Per eseguire con successo le misurazioni con il sensore ottico 3D, è importante disporre di una configurazione stabile delle due telecamere (idealmente in un gruppo di sensori come quello fornito da ARAMIS) e di una taratura del sensore della telecamera stereo con l’aiuto di un oggetto di taratura appropriato.