近年來三維數(shù)字圖像相關(guān)法DIC（dial image correlation）以其高、魯棒性、方便性，廣泛應(yīng)用到眾多學(xué)科的材料力學(xué)性能測試分析。西安交通大學(xué)在“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”基礎(chǔ)上，發(fā)展出四種顯微數(shù)字圖形相關(guān)法應(yīng)變測量分析系統(tǒng)
1. 基于單光路光學(xué)顯微鏡的二維應(yīng)變測量
2. 基于體式顯微鏡的三維應(yīng)變測量
3. 基于電子顯微鏡的二維應(yīng)變測量
4. 基于電子顯微鏡的三維應(yīng)變測量

檢測系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)軟件界面

一、基于單光路光學(xué)顯微鏡的二維應(yīng)變測量
普通光學(xué)顯微鏡多為單個光路，特點(diǎn)是價格便宜、放大倍數(shù)大，使用簡單方便，是目前用量的顯微鏡。普通光學(xué)顯微鏡應(yīng)用在應(yīng)變，只能用于二維應(yīng)變測量（也稱為片內(nèi)測量），較難用于三維應(yīng)變測量。

各種光學(xué)顯微鏡與 “XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”配合使用，可以快速方便地實(shí)現(xiàn)二維應(yīng)變測量分析


二、基于體視顯微鏡的三維應(yīng)變測量
基于體視顯微鏡的三維應(yīng)變測量采用CMO型體視顯微鏡（Common Main Objective ，CMO），配合“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”進(jìn)行三維應(yīng)變測量分析。

CMO型體視顯微鏡（Common Main Objective ，CMO）光路

體視顯微鏡（Stereo Light Microscope，SLM）具有兩個光路，分為兩種類型：Greenough型體視顯微鏡 (G-SLM)和CMO型體視顯微鏡(CMO-SLM)。G-SLM結(jié)構(gòu)簡單，加工相對容易，價格也便宜，可批量生產(chǎn)，適用于工業(yè)流水線，但是G-SLM的像面與聚焦面不平行，容易產(chǎn)生徑向的圖像失真，用于高的精密測量略顯不足。CMO-SLM的像面和聚焦面平行，適于實(shí)驗室等環(huán)境中，但CMO-SLM價格偏高，加工過程復(fù)雜。

Greenough型和CMO型體視光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)對比圖

Greenough型和CMO型體視光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)對比圖

三、基于電子顯微鏡的二維應(yīng)變測量

“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”配合各種掃描電子顯微鏡  (Scanning Electron Microscope，SEM) 和原子力電子顯微鏡（atomic force microscopy，AFM），可以快速方便實(shí)現(xiàn)二維應(yīng)變測量。

掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)

電子顯微鏡二維應(yīng)變

四、基于電子顯微鏡的三維應(yīng)變測量

與各種掃描電子顯微鏡  (Scanning Electron Microscope，SEM) 和原子力電子顯微鏡（atomic force microscopy，AFM）配合，也可實(shí)現(xiàn)三維應(yīng)變測量，需要進(jìn)行多角度測量，利用工業(yè)攝影測量三維重建的原理，配合“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)三維應(yīng)變測量。

五、顯微鏡的三維標(biāo)定技術(shù)
要實(shí)現(xiàn)顯微三維測量，先要解決顯微鏡的三維標(biāo)定技術(shù)。   在“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上，研制了各種顯微鏡的微小視場三維標(biāo)定方法

各種顯微三維標(biāo)定

顯微應(yīng)變測量使用的微小拉力試驗機(jī)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微納技術(shù)己經(jīng)成為當(dāng)今科技發(fā)展的前沿科學(xué)之一。顯微鏡是顯微視覺系統(tǒng)的標(biāo)志性設(shè)備，顯微鏡技術(shù)的發(fā)展推動和加快了顯微視覺系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用，尤其是現(xiàn)代顯微鏡具有率、高分辨率和高清晰度等卓越性能，可以提供高質(zhì)量的圖像，大地了顯微視覺系統(tǒng)的分辨能力。顯微視覺的發(fā)展帶動了相關(guān)理論與技術(shù)的進(jìn)步，為了適應(yīng)和進(jìn)一步顯微視覺的發(fā)展，圖像分析、圖像處理與測量技術(shù)等均在不斷地發(fā)展并涌現(xiàn)了大量新方法。
顯微視覺中的顯微立體視覺能夠?qū)崿F(xiàn)立體成像功能，近年來越來越受到重視，在微操作、微裝配、微、微測量等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。顯微立體視覺系統(tǒng)不同于宏觀立體視覺系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)就是在成像過程中加入了放大環(huán)節(jié)，因此，顯微鏡是實(shí)現(xiàn)顯微立體視覺系統(tǒng)的組成部分。掃描電子顯微鏡  (Scanning Electron Microscope，SEM) 具有放大倍率高、焦深大、分辨率高等特點(diǎn)，是這一領(lǐng)域應(yīng)用較多的一種顯微鏡，但其不足之處是操作復(fù)雜且設(shè)備昂貴。相對于掃描電子顯微鏡，體視顯微鏡 (Stereo Light Microscope，SLM)在這方面的應(yīng)用相對少些。SLM具有工作空間大、工作距離大、便于微觀對象的操作、非接觸式觀測、對微觀對象傷和實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用日益廣泛。

顯微鏡知識

顯微鏡泛指將微小不可見或難見物品之影像放大，而能被肉眼或其他成像儀器觀察之工具。日常用語中之顯微鏡多指光學(xué)顯微鏡 。放大倍率和清析度（聚焦）為顯微鏡重要因素。

光學(xué)顯微鏡
利用透鏡放大物像送到眼睛或成像儀器，分辨率大約為一微米，可以看到細(xì)胞大小的物品。一般來說顯微鏡大都是指光學(xué)顯微鏡，光學(xué)顯微鏡依設(shè)計的不同，又可分為正立顯微鏡、倒立顯微鏡（又稱倒置顯微鏡）和解剖顯微鏡（又稱實(shí)體顯微鏡或立體顯微鏡）；又有偏光顯微鏡：又稱為巖石顯微鏡、礦物顯微鏡或金屬顯微鏡，用以觀察巖石、礦物及金屬表面，是利用光的不同性質(zhì)（偏光）而做成的；相位差顯微鏡：觀察變形蟲、草履蟲等透明生物時，所使用的顯微鏡。它的裝置可以將光透過生物體所產(chǎn)生的偏差，改變?yōu)槊靼挡煌?；又結(jié)合光學(xué)顯微鏡并利用雷射光作為光源，以觀察需求的有共聚焦顯微鏡（又譯作共軛焦顯微鏡）。

電子顯微鏡
不使用光線而利用電子流來照射標(biāo)本來觀察的顯微鏡。由于電子用肉眼看不出，因此就使電子透過觀察材料，而映在涂有螢光劑的板子上，這種方法稱為穿透式電子顯微鏡。另一種方法是以電流在觀察材料的表面移動，然后使觀察材料所放出的二次電子流映在真空管上，以這種方式觀察的稱為掃描式電子顯微鏡。穿透式電子顯微鏡可放大80，可以看出分子的形象；掃描式電子顯微鏡可用以觀察立體的表面，放大倍率約20。電子顯微鏡分為電子顯微鏡、能量過濾透過式電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡等類型。某些電子顯微鏡甚至能看到單一原子。原理：物質(zhì)波理論告訴我們，電子也具有波動性質(zhì)，所以可以用類似光學(xué)顯微鏡的原理，做成顯微鏡。不一樣的是，這里將凸透鏡改成磁鐵，由于電子的波長比可見光短，所以他可以比光學(xué)顯微鏡“看”到更小的東西，如：。

掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope）
掃描電子顯微鏡，簡稱掃描電鏡（SEM）。是一種利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品信息的電子顯微鏡。它能產(chǎn)生樣品表面的高分辨率圖像，且圖像呈三維，掃描電子顯微鏡能被用來鑒定樣品的表面結(jié)構(gòu)。

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡稱AFM）
AFM用來探測樣本表面與探針交互作用力，推出探針到樣本表面的距離，因此可“看”到非金屬或金屬表面。
利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測樣品原子之間的作用力，從而檢測的目的，具有原子級的分辨率。由于原子力顯微鏡既可以觀察導(dǎo)體，也可以觀察非導(dǎo)體，從而彌補(bǔ)了掃描隧道顯微鏡的不足。原子力顯微鏡是由IBM公司蘇黎世研究中心的格爾德·賓寧與斯坦福大學(xué)的Calvin Quate于一九八五年所發(fā)明的，其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用類似掃描探針顯微鏡（SPM）的觀測方法。原子力顯微鏡（AFM）與掃描隧道顯微鏡（ STM）的差別在于并非利用電子隧穿效應(yīng)，而是檢測原子之間的接觸，原子鍵合，范德瓦耳斯力或卡西米爾效應(yīng)等來呈現(xiàn)樣品的表面特性。
相對于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優(yōu)點(diǎn)。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時，AFM不需要對樣品的任何處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運(yùn)行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。
和掃描電子顯微鏡(SEM)相比，AFM的缺點(diǎn)在于成像范圍太小,速度慢，受探頭的影響太大。