在材料研究领域，数字图像相关法（DIC）是一种成熟的方法，能够以高精度、非接触的方式检测变形。该方法适用于拉伸、压缩和弯曲试验，以及冲击、疲劳或压力波分析，更广泛地说，还可用于检测试样表面以下的缺陷。 如今，已有系统采用荧光技术，取代了通常施加在基底涂层上的散斑图案。这为材料和部件测试开辟了新的可能性，因为阴影和反射不会影响测量结果。高反射性材料或无法涂覆的材料也可以进行测试，甚至可以对复杂几何形状或生物样品进行检测。
与应变片或力传感器相比，DIC系统具有诸多优势，因为它们采用非接触式工作方式且灵活性极高。该系统可测量从微应变到数百百分比的宽范围应变，甚至可以通过显微镜光学系统对微米级的小型试样进行表征。 高速摄像机可实现极高的测量速率，例如在汽车碰撞试验中。DIC系统的基本原理易于理解，其核心在于通过分析图像序列来可视化变形。
通常，被测物体会被涂成白色，并标记上由许多随机分布的点组成的深色散斑图案（见图1）。在变形过程中，使用工业相机捕获部件的图像。对于二维测量，一台相机就足够了；而要捕捉三维变形，则需要两台相机。 图像相关算法会计算斑点图案在记录的图像序列中的位移情况。通过斑点图案的测量像素坐标，即可高精度地确定试样或部件因变形而产生的变化。
借助“光敏图案”克服局限性
这种数字图像相关法在数十年的无数应用中已证明其可靠性。然而，“常规”散斑图案并非总能适用；在某些情况下，由于样品的特性，该方法会失效。例如，当物体表面出现阴影时，该方法便会达到其性能极限。 带有凹槽或其他复杂几何形状的区域可能几乎无法接收光线，因此相机图像中散斑图案不会显示出有意义的变化。纺织品就是典型的例子。高反射性或潮湿的表面也会带来挑战。
原则上，偏振光可以提供帮助，但滤光片的调整往往相当复杂。此外，并非所有表面都能进行镀膜处理，因为镀膜可能会影响材料特性，或在变形过程中产生裂纹。
在此类情况下，现在有一种替代方案：由LaVision开发并由Polytec 提供的“光致图案化”技术，尽管仍采用久经考验的散斑图案技术，却能避免这些问题。 在测试对象的表面，涂覆由荧光涂料制成的散斑图案，该图案能自行发光，因此被称为“自发光”（见图2）。
荧光是指物质吸收光或其他电磁辐射后发出的光。在大多数情况下，发出的光的波长比激发光的波长更长。这使得能够分离出荧光图案，并利用专门适配的数字图像相关算法对其进行分析。 无需底涂层，且由样品表面纹理或几何形状引起的阴影不再构成关键问题。这使得在传统数字图像相关技术此前存在局限性的材料中，也能研究其变形行为。
荧光涂料用途广泛且具有生物相容性，搭配相应的涂覆配件，可提供多种型号，几乎能为任何表面找到合适的解决方案。LaVision 在该领域拥有丰富的经验，因为荧光技术在其许多测量技术中都发挥着重要作用。这些涂料适用于不同基材，且测试后可轻松擦除。 例如，生物相容性荧光漆适合直接用于有机样本——甚至可以以此方式测量湿润的声带（见图3）。结合流速测量，可实现对运动的精确追踪。即使是吸水性表面也适合进行“光敏图案绘制”，为此还提供了专用粉笔。
Polytec 提供两种DIC系统，如今这些系统还可利用荧光散斑图案进行二维或三维形状、应力和变形分析：StrainMaster便携式系统（图4）采用模块化设计。该系统由控制器、软件、一台或两台摄像头、照明装置和机械结构组成，日后还可进行扩展。 测量涉及的所有流程步骤——从硬件控制到数据处理、验证、显示和数据导出——均集成于该系统之中。软件控制从数据采集到数据导出的所有流程步骤。采集的原始数据会被保留，并可随时进行重新处理。分辨率、视场、应变范围和工作距离等重要参数取决于所使用的照明设备、摄像头和光学元件，并可根据不同应用灵活调整。
StrainMaster Compact 数字图像相关系统（图 5）的特点是测量头采用紧凑型外壳，内置两台 USB3 摄像头和一个高亮度 LED 光源。该系统的优势在于其一体化设计、操作简便直观，以及对初学者而言极具吸引力的价格。测量速率最高可达 150 Hz。 该系统提供四种不同分辨率和视场的机型，可根据具体应用需求进行优化配置。整套系统包括测量头、带显示屏的控制器、鼠标和键盘，以及 StrainMaster Compact 软件。这为数字图像相关技术开辟了新的可能性，将惠及各领域的材料测试工作。
