ความสัมพันธ์ของภาพดิจิทัล

ความสัมพันธ์ของภาพดิจิทัล (Digital Image Correlation - DIC) คือ กระบวนการในการคำนวณพิกัด 2D หรือ 3D จากภาพที่บันทึกไว้เพียงภาพเดียวหรือชุดภาพจากกล้องเดียว กล้องสเตอริโอ หรือระบบกล้องหลายตัว หากการจับภาพดำเนินการในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ผลลัพธ์จากการวัดการเคลื่อนที่ ความเร็ว และความเร่งใน 2D หรือ 3D สามารถสรุปได้ โดยการแปลความการเคลื่อนที่เฉพาะจุดระหว่างพิกัด 2D หรือ 3D สามารถคำนวณค่าความเค้นและอัตราการเปลี่ยนแปลงของความเค้นได้ ลักษณะทั่วไปของผลลัพธ์จาก DIC คือ ข้อมูลจะมาในรูปแบบการวัดแบบเต็มพื้นที่จากพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ โดยอิงจากพิกัด 2D หรือ 3D จำนวนหลายพันจุด ซึ่งให้ความละเอียดเฉพาะจุดในระดับสูงมาก

ในการทำการวัดแบบ DIC โดยทั่วไปจะมีการเตรียมพื้นผิวของชิ้นทดสอบด้วยแพทเทินที่เหมาะสมก่อน สามารถสร้างแพทเทินขึ้นได้โดยใช้วิธีต่าง ๆ เช่น สเปรย์พ่นสี พู่กัน การพิมพ์ และอื่น ๆ ตราบใดที่แพทเทินนั้นเคลื่อนที่และเปลี่ยนรูปไปพร้อมกับพื้นผิวของชิ้นทดสอบระหว่างการทดสอบ วิธีการสร้างแพทเทินก็ถือว่าเป็นเรื่องรองลงไป

ก่อนทำการทดสอบ ระบบ DIC จะถูกตั้งค่าให้ครอบคลุมมุมมองที่ต้องการ และทำการปรับเทียบให้เรียบร้อย สำหรับระบบกล้องเดี่ยว จะมีการกำหนดพารามิเตอร์ความบิดเบี้ยวของเลนส์และการแปลงหน่วยของพิกเซล สำหรับระบบ DIC แบบกล้องสเตอริโอหรือกล้องหลายตัว จะต้องมีการคำนวณการจัดตำแหน่งของกล้องสัมพันธ์กันเพิ่มเติม ในบทความต่อไปนี้ จะมุ่งเน้นไปที่ระบบกล้องสเตอริโอเท่านั้น เนื่องจากเป็นการตั้งค่าที่พบได้บ่อยที่สุด

หลังจากการตั้งค่าและก่อนที่การทดสอบจะเริ่มต้น จะมีการจับภาพที่เรียกว่า reference images (ภาพที่ถ่ายจากกล้องทั้งสองตัว (ซ้ายและขวา) ก่อนที่การทดสอบจะเริ่มขึ้น) หรือ reference stage (ขั้นตอนการจับภาพที่ถ่ายจากมุมมองกล้องทั้งสองเพื่อสร้างฐานข้อมูลสำหรับการวัดในระยะต่อไป) ด้วยกล้องซ้ายและขวา ภาพที่ถูกจับเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงการเคลื่อนที่และ การยืดตัวสำหรับการประเมินผลทั้งหมดที่เกิดขึ้นในภายหลัง ระหว่างการทดสอบ จะมีการจับภาพตามข้อกำหนดของการทดสอบ เช่น ความถี่ในการจับภาพ เวลาในการเปิดรับแสง และอื่น ๆ ตามที่จำเป็น

จะมีการวางเมทริกซ์ของเฟกต์หรือชุดย่อยที่มีขนาดและระยะห่างที่ขึ้นอยู่กับการใช้งาน บนภาพอ้างอิงเริ่มต้นจากกล้องซ้าย เมทริกซ์นี้ประกอบไปด้วยเฟกต์หลายพันจุด เฟกต์เหล่านี้ถูกใช้ในการคำนวณพิกัด 3D โดยการประเมินการกระจายค่าความเข้มของสีเทาในแต่ละเฟกต์ และทำการระบุใหม่ในภาพอ้างอิงจากกล้องขวา จากศูนย์กลางของเฟกต์ในภาพจากกล้องซ้ายและภาพจากกล้องขวา พิกัด 3D จะถูกคำนวณโดยการหามุมตรีโกณมิติกับความช่วยเหลือจากข้อมูลการปรับเทียบจากเซนเซอร์ DIC การระบุเฟกต์ที่สอดคล้องกันในภาพจากกล้องซ้ายและกล้องขวา รวมถึงในทุก ๆ ภาพตลอดระยะเวลาการทดสอบ จะทำในช่วงของพิกเซลย่อยซึ่งทำให้ได้ความแม่นยำที่สูงขึ้นมากเมื่อเทียบกับการใช้แค่การแปลงหน่วยของพิกเซลเท่านั้น

ผลลัพธ์เริ่มต้นจาก DIC คือ พิกัด 3D จากพื้นผิวของชิ้นทดสอบตลอดระยะเวลาการทดสอบ การลบพิกัด 3D จากทุกขั้นตอนที่บันทึกตลอดระยะเวลาจากพิกัด 3D ของขั้นตอนอ้างอิง จะได้ค่าการเคลื่อนที่ 3D นอกจากนี้ ด้วยอนุพันธ์ตามเวลาของค่าการเคลื่อนที่ จะสามารถคำนวณความเร็ว 3D และความเร่ง 3D ได้

เทนเซอร์ความเครียดในระนาบท้องถิ่นที่พิจารณาการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างพิกัด 3D ที่คำนวณได้ จะให้ค่าความเครียดของพื้นผิวในทิศทาง X และ Y รวมถึงความเครียดหลักและความเครียดรอง และอัตราการยืดตัวตามอนุพันธ์เวลา

ในปัจจุบัน DIC ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในหลายภาคอุตสาหกรรมและในการวิจัยและพัฒนาในมหาวิทยาลัยและสถานวิจัย ด้วยหลักการที่ไม่สัมผัสและความสามารถในการวัดและประเมินการเคลื่อนที่ การบิดเบือน ความเครียด ความเร็ว และความเร่ง DIC จึงเป็นเครื่องมือที่หลากหลายในการทดสอบวัสดุและชิ้นส่วนต่าง ๆ

DIC แทนที่อุปกรณ์วัดแบบดั้งเดิม เช่น LVDTs, Strain gauge เครื่องวัดความเร่ง และ เนื่องจากความสะดวกในการเตรียมชิ้นทดสอบและการเตรียมการวัด

เทคโนโลยีกล้องดิจิทัลที่มีอยู่ในปัจจุบันรองรับภาพความละเอียดสูงและการถ่ายภาพความเร็วสูงถึงความถี่ 5 MHz ซึ่งเปิดโอกาสให้สามารถใช้งานในหลายสาขามากขึ้น