數(shù)字體積相關(guān)法DVC (Dial Volume Correlation)

XJTUDVC 體積內(nèi)三維應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng) 軟件主界面

應(yīng)用范圍：
1、 生物力學(xué)（骨骼、肌肉、血管等）
2、 材料試驗(yàn)（變形條件下內(nèi)部位移、應(yīng)變場(chǎng)分析）
3、 重要部件關(guān)鍵部位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)
4、 斷裂力學(xué)性能（可對(duì)材料內(nèi)部孔徑大小位置進(jìn)行測(cè)量和定位）
5、 多孔材料（如松質(zhì)骨、金屬泡沫和木材等)
6、 透明生物組織( 如細(xì)胞等)的內(nèi)部變形場(chǎng)測(cè)量和力學(xué)行為表征
 
系統(tǒng)特點(diǎn)：
1、 獲得的三維坐標(biāo)、位移、應(yīng)變數(shù)據(jù)
2、 測(cè)量結(jié)果三維顯示
3、 適用于任何材料
4、 快速、簡(jiǎn)單、高的系統(tǒng)測(cè)量
5、 位移測(cè)量范圍廣泛

測(cè)量原理 ：
     數(shù)字圖像相關(guān)法(Dial Image Correlation, ,DIC)一般只能測(cè)量物體表面的變形和應(yīng)變，而數(shù)字體積相關(guān)法(Dial Volume Correlation, DVC)可以測(cè)量一個(gè)完整三維體積內(nèi)部的變形和應(yīng)變，通過X射線、核磁共振成像掃描儀、光斷層掃描設(shè)置獲得物體內(nèi)部的變形圖像。
     XJTUDVC 系統(tǒng)處理的是體成像設(shè)備所獲得的同一物體內(nèi)部在變形前后的兩幅體層圖像，結(jié)合DVC(數(shù)字體圖像相關(guān))方法通過分析變形前后的3D體圖像獲得變形信息,實(shí)現(xiàn)變形前后物體內(nèi)部的三維坐標(biāo)、位移、應(yīng)變的測(cè)量，具有便攜，速度快，高，易操作等特點(diǎn)?；驹砣鐖D 1所示，圖a中的P(x,y,z)和圖b中的 分別為變形前后的參考字體塊和目標(biāo)字體塊，圖中還顯示了變形前后位移矢量的方向。 該系統(tǒng)既可以單獨(dú)使用，也可以與 XJTUDIC 數(shù)字散斑三維應(yīng)變分析系統(tǒng)(主要針對(duì)物體面內(nèi)的位移和應(yīng)變)配合使用，能夠完整的監(jiān)測(cè)物體內(nèi)部及其表面的位移和應(yīng)變。

   圖1  DVC方法基本原理意識(shí)圖

系統(tǒng)功能：
   1、 同時(shí)支持物體內(nèi)部多個(gè)方向切面的三維顯示與測(cè)量。
   2、 自由選取感興趣的目標(biāo)范圍，處理效率。自由設(shè)置參考字體塊的大小及步長(zhǎng)，滿足用戶對(duì)不同和分辨率。
   3、 強(qiáng)大的應(yīng)變計(jì)算功能，提供多種不同類型的變形、應(yīng)變結(jié)果。
   4、 強(qiáng)大的三維顯示功能，可以顯示物體內(nèi)部任意區(qū)域的位移應(yīng)變情況。
   4、 計(jì)算結(jié)果三維顯示，靈活的三維顯示控制。
   5、 測(cè)量結(jié)果、圖片及曲線合成視頻。
   6、 測(cè)量結(jié)果及分析結(jié)果輸出成報(bào)表。
 

應(yīng)用：
     散斑體層圖像的立體顯示 ：將 系統(tǒng)生成的300張大小為150*150 voxel的平移前后平面散斑圖像，導(dǎo)入XJTUDVC系統(tǒng)中得到如圖2所示的兩幅體圖像。
                  

        圖2 利用XJTUDVC系統(tǒng)構(gòu)建的3D散斑圖.

在XJTUDVC系統(tǒng)中設(shè)置子體塊尺寸15*15*15voxel，計(jì)算區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)散斑體圖像，計(jì)算點(diǎn)個(gè)數(shù)為10*10*10。對(duì)變形前體圖像進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，網(wǎng)格大小為15*15*15voxel。
然后進(jìn)行種子塊的創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后利用該系統(tǒng)的分層顯示功能顯示了參考體某指定層計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)和另一指定層的散斑圖像，并同時(shí)顯示了創(chuàng)建的種子塊，如下圖3所示。                
     

                  （a）                                      (b)
圖3  參考體圖像中間層散斑圖和種子塊

種子塊創(chuàng)建完成之后，進(jìn)行網(wǎng)格匹配計(jì)算，圖4圖示顯示了變形前后指定層的網(wǎng)格劃分、匹配以及計(jì)算點(diǎn)（字體塊中心點(diǎn)）的位移情況。
             

          （a） 匹配前                             (b) 匹配后
圖4 指定位置處網(wǎng)格劃分與匹配分析

匹配計(jì)算完成后，計(jì)算結(jié)果顯示了變形前后字體塊中心點(diǎn)的坐標(biāo)和色譜圖，如下圖5所示。計(jì)算結(jié)果大小和預(yù)先的施加位移大小相當(dāng)，可達(dá)0.02voxel。很好的證明了該系統(tǒng)的和實(shí)用價(jià)值。
 

圖5 變形前后字體塊中心點(diǎn)