ADSS-DIC：全自动、精准不连续变形测量的图像子区自适应细分方法
本文详细介绍了北京航空航天大学潘兵教授课题组在数字图像相关（DIC）技术领域的最新研究成果——图像子区自适应细分DIC方法（ADSS-DIC）。该方法旨在解决传统DIC技术在不连续变形和形貌测量中的局限性，实现了全自动、高精度的测量。以下是对文章主要内容的详细总结：
一、研究背景与问题
传统DIC技术的局限性：传统DIC基于图像子区匹配，假设变形场连续，使用常规形函数（如一阶、二阶）描述变形。然而，在实际工程中常遇到不连续变形（如裂纹、剪切带、断裂）和不连续几何形貌（如边界、复杂结构边缘），导致传统DIC在这些区域出现误差增大或计算失败。 关键需求：不连续区域往往是结构健康监测和材料破坏分析的重点，但传统方法难以提供可靠数据。
二、ADSS-DIC方法的核心思想
基本假设：即使在不连续区域附近，子区内仍存在局部连续变形区域，可用常规形函数描述。 创新策略：通过自适应细分图像子区，仅利用连续区域的信息进行匹配，避免不连续区域的干扰。
三、方法流程 ADSS-DIC包含三个关键步骤：
常规DIC计算与不连续点识别：
先进行传统DIC计算，生成初步位移场。 根据预设的相关系数阈值（如$C_{ZNCC} < 0.9$），自动识别受不连续变形影响的计算点。
最优初值与子区形状选择：
利用不连续点周围已准确匹配的邻域点传递初始值。 将原子区细分为8个1/4子区，计算各子区的相关系数，选择最优子区和初值传递方向。
IC-GN优化计算：
基于选定的子区和初值，重新进行匹配计算，得到高精度的位移结果。
四、实验验证 方法通过多组实验验证其有效性：
模拟裂纹位移场实验：
对比ADSS-DIC与传统DIC的结果，显示ADSS-DIC在裂纹附近位移场测量中误差显著降低，相关系数更高。
金属榫卯结构拉伸实验：
在实际工程场景中，ADSS-DIC成功捕捉到不连续界面的变形，传统DIC则出现明显偏差。
复杂形貌重建实验（Stereo-DIC Challenge数据集）：
ADSS-DIC在三维形貌重建中表现优异，能准确还原复杂几何边缘，传统DIC在边缘区域存在较大误差。
五、技术优势
全自动化：无需手动标记不连续边界，通过相关系数阈值自动识别问题区域。 高精度与稳定性：通过子区细分和优化策略，显著提升不连续区域的测量精度。 易于集成：可作为现有DIC框架的升级模块，无需改变硬件或基础算法。 广泛适用性：适用于裂纹监测、结构边界测量、复杂形貌重建等多种场景。
六、结论与意义
ADSS-DIC为解决DIC在不连续测量中的瓶颈提供了实用且高效的方案。 该方法在工程力学、材料损伤分析、断裂力学等领域具有重要应用价值，可为结构安全评估提供更可靠的数据支持。 研究受国家自然科学基金和重点实验室基金资助，体现了其学术与工程意义。
附：关键图表说明
图3：子区细分原理示意图，展示如何通过细分避开不连续区域。 图4-5：算法流程图和初值优化策略，阐明自动化决策过程。 图7-8：模拟裂纹实验的位移场和相关系数对比，直观展示精度提升。 图10-12：实际实验数据验证，突出方法在真实场景中的有效性。
如需进一步了解技术细节或实现代码，可参考原文（DOI:10.1007/s11340-025-01243-5）。
ADSS-DIC 方法研究总结
概述
ADSS-DIC 是一种创新的数字图像相关方法，旨在解决常规 DIC 技术在不连续区域（如裂纹、边界）测量精度不足的问题。该方法通过图像子区的自适应细分，实现了全自动、高精度的不连续形貌和变形测量。
核心思想
针对常规 DIC 方法因连续变形假设而在不连续区域失效的痛点，ADSS-DIC 的核心创新在于：即使在不连续区域附近，子区内仍存在部分区域满足连续变形假设。该方法通过自适应地识别并利用这些连续子区域，显著提升了测量精度7。
技术流程
ADSS-DIC 的实施主要包含三个关键步骤：
- 常规DIC计算与不连续点识别：首先进行常规DIC匹配，并基于预设的相关系数阈值（如 ZNCC < 0.9）自动识别受不连续变形影响的点。
- 最优初值与子区形状选择：将识别出的不连续点子区细分为8个1/4子区，利用周围已准确匹配的邻域点传递初值，并选择相关系数最高的1/4子区作为最优计算区域。
- IC-GN优化计算：基于选择的最优初值和1/4子区，进行最终的迭代优化计算，获得不连续点的准确位移结果。
方法优势
- 全自动化：无需预先精确标注不连续边界，实现了真正的全自动测量。
- 高精度与高稳定性：在裂纹附近等不连续区域，其位移测量误差和相关系数稳定性均显著优于常规DIC方法。
- 强兼容性与易用性：可作为现有标准DIC框架的升级模块，易于实现和集成。
- 广泛应用场景：适用于不连续变形（裂纹、剪切带）和不连续几何形貌（复杂边界）的精确测量。
实验验证
研究通过数值模拟和真实实验验证了方法的有效性：
- 数值模拟裂纹：结果显示 ADSS-DIC 能更准确地恢复裂纹尖端的真实位移场，误差远低于常规DIC。
- 金属榫卯结构拉伸实验：在实际工程部件测量中，ADSS-DIC 获得的位移场结果更稳定可靠。
- 复杂形貌三维重建：在立体 DIC 应用中，该方法能更精确地重建具有复杂形状物体的三维形貌。
结论与意义
ADSS-DIC 方法为实验力学中不连续变形的精确测量提供了一个强大且实用的工具。其成功实施有望推动工程结构健康监测、材料损伤与断裂行为分析等领域的研究进展。
图表 Base64 编码
以下为文档中主要插图的 Base64 编码，可用于嵌入报告。
图3：图像子区细分原理示意图