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1 技術背景
數字圖像相關（DIC, Digital Image Correlation）作為一種非接觸式全場變形測量技術，通過追蹤材料表面散斑圖案的幾何位置變化，實現位移場與應變場的定量分析。
標準DIC技術采用“先采集、后處理”的離線模式：先采集實驗圖像，再通過圖像匹配算法計算每幀的位移與應變，這種方式精度高，但計算耗時較長，難以滿足動態加載實驗、實時結構監測或工業閉環控制的需求。
為解決計算效率與測量精度之間矛盾，中科君達視界算法工程師們通過引入高階圖像采樣插值算法和高性能計算架構，實現毫秒級的計算反饋，使實驗過程中的瞬態變形捕捉與在線質量監控成為可能。
2 技術原理
2.1 局部位移求解
數字圖像相關（DIC）方法計算的起點，追蹤材料表面散斑圖案在加載前后的位移，核心通過最小化參考圖像與變形圖像子集間的灰度差異，確定物點在像素層級的粗略位移（u,v），其中f(x,y) 和 g(x,y)分別為加載前后的圖像灰度值，Ω為子集區域。
2.2 雙三次B樣條插值
由于材料實際變形發生在像素之間，利用最小化灰度差準則獲取的整數像素位移不足以支撐力學性能分析，故工程師們引入雙三次B樣條插值機制進行灰度重采樣，利用4×4控制點構建連續的灰度曲面，確保位移求解過程的平滑性與穩定性。在變形圖像中，坐標（x+μ,y+v）處的灰度值通過子集周圍的灰度值Ci,j 加權計算獲得：
其中，B3(t)為三次B樣條基函數，三段定義確保了在節點處的二階連續性。
2.3 應變場計算
獲取高精度位移場后，DIC應變測量系統基于拉格朗日應變張量計算大變形情況下的全場正應變和切應變。
3 效果展示
視頻1為標準試件材料拉伸實驗實時DIC測量結果（位移場應變場實時云圖）：
視頻1
視頻2~4為標準試件材料拉伸實驗實時DIC測量結果（拉格朗日應變Exx,Eyy,Exy）：
視頻2-4
4 技術特性
實時數字圖像相關（DIC）技術的核心價值體現在計算時效與測量精度的統一。中科君達視界工程師們通過算法結構重構與計算流程優化，實現毫秒級實時計算能力與亞像素級測量精度的同步滿足，同時實時DIC技術具有良好的算法架構通用性，可拓延至其他專項DIC測量場景如引伸計、關鍵點的計算等。
4.1 毫秒級實時計算性能
局部子集并行化策略：實時DIC計算效率主要取決于計算點數量及大小，利用CPU多核架構對離散子集進行并行化任務分配，優化多線程訪問邏輯，僅對預設的興趣區域內的離散點進行計算，計算幀率僅取決于計算點數量，不受圖像分辨率限制。
亞像素插值與優化：使用查表法（LUT）和預計算梯度技術，避免重復運算，降低內存帶寬負載。
種子點預測：利用空間鄰近子集位移或時間序列前幀預測值作為迭代初值，提升收斂效率。
基于不同素材性能測試結果如表1：
表1
實驗結果表明，千眼狼實時DIC系統可實現“逐幀采集-逐幀計算-逐幀輸出”的實時處理模式。
4.2 亞像素級測量精度
在位移反演過程中，千眼狼實時DIC系統采用高階灰度插值方法對變形圖像進行連續化處理，確保位移場光滑且穩定；同時通過采用對光照變化和噪聲具有強魯棒性的歸一化相關準則，降低環境變化干擾；迭代求解過程中，通過改進的非線性優化策略保證收斂穩定性。一項與標準離線DIC的精度對比實驗結果表明，實時DIC系統重建結果誤差＜1 μm，均值誤差約0.22 μm，標準差為0.27 μm。
圖1
4.3 算法架構的通用性
中科君達視界算法工程師們將基于亞像素插值的算法拓延至關鍵點和引伸計專項計算場景，以4096×3000分辨率的素材為例（10000計算點可以達到20 fps），實時關鍵點計算幀率可達500 fps，實時引伸計亦獲得高加速比，計算幀率可達447 fps。驗證了實時DIC算法在底層邏輯上已經消除冗余計算，算法的毫秒級響應能力可覆蓋從準靜態實驗到高速動態監測需求。
圖2
5 應用展望
實時數字圖像相關（DIC）技術為材料力學研究提供新的實驗手段，潛在應用包括：
動態力學性能測試：沖擊、振動及疲勞實驗中利用實時DIC捕捉應變集中和裂紋萌生，避免離線處理造成的數據缺失。
結構健康監測：實時DIC應用于橋梁、風電葉片及航空構件，通過長時連續監測實現早期損傷預警。
工業閉環控制：精密加工與機器人力控系統中實時DIC可作為高精度傳感器輸入，驅動微米級加工路徑補償。
中科君達視界自研的千眼狼實時數字圖像相關（DIC）技術在標準DIC測量方法基礎上，實現從離線分析向在線測量的轉變。在時間分辨率、實驗反饋能力及系統集成方面，為復雜力學實驗研究提供了新的方法和路徑。
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