Corrélation d'images numériques

La corrélation d'images numériques (DIC) est une procédure qui permet de calculer des coordonnées 2D ou 3D à partir d'images uniques ou de séries d'images enregistrées par une seule caméra, une caméra stéréo ou un système multi-caméras. Si l'acquisition d'images est effectuée sur une certaine période, il est possible d'obtenir des résultats de mesure pour les déplacements, les vitesses et les accélérations en 2D ou en 3D. L'interprétation des déplacements locaux entre les coordonnées 2D ou 3D permet de calculer les valeurs et les vitesses de déformation. Les résultats DIC sont généralement disponibles sous forme de données de mesure plein champ de la surface des spécimens, lesquelles sont basées sur des milliers de coordonnées 2D ou 3D avec une résolution locale très élevée.

Pour effectuer une mesure DIC, la surface des spécimens est généralement préparée avec un motif adéquat. Les motifs peuvent par exemple être appliqués à l'aide de bombes aérosols, de pinceaux, par impression, etc. Tant que le modèle se déplace et se déforme avec la surface des spécimens pendant l'essai, la technique d'application du motif joue un rôle secondaire.

Avant d'effectuer un essai, le système DIC est réglé sur le champ d'observation souhaité et étalonné. Pour un système à caméra unique, les paramètres de distorsion de l'objectif et la mise à l'échelle des pixels sont définis. Dans le cas d'un système DIC stéréo ou multi-caméras, les orientations relatives des caméras sont calculées en plus. S'agissant de la configuration la plus courante, la suite de cet article se concentre uniquement sur les systèmes de caméras stéréo.

Après l'installation et avant le début de l'essai, des images dites de référence ou une scène de référence sont capturées avec la caméra gauche et droite. Ces images servent de référence de déplacement et de déformation pour toutes les évaluations ultérieures. Pendant l'essai, des images sont acquises en fonction des exigences de l'essai, c'est-à-dire en fonction de la fréquence d'acquisition des images, de la durée d'exposition, etc.

Une matrice de facettes (sous-ensembles) dont la taille et la distance dépendent de l'application est superposée à l'image de référence initiale de la caméra gauche. Cette matrice comporte des milliers de facettes, lesquelles sont utilisées pour calculer les coordonnées 3D en évaluant la distribution des valeurs de gris dans chaque facette puis en la réidentifiant dans l'image de référence de la caméra droite. À partir des centres des facettes dans les images de la caméra gauche et droite, les coordonnées 3D sont triangulées à l'aide des données d'étalonnage du capteur DIC. L'identification des facettes correspondantes dans les images des caméras gauche et droite et dans toutes les images au fil du temps se fait dans la plage des sous-pixels, ce qui permet d'obtenir une bien meilleure exactitude que la simple mise à l'échelle des pixels.

Les résultats initiaux de la DIC sont des coordonnées 3D issues de la surface des spécimens au fil du temps. La soustraction des coordonnées 3D de toutes les étapes enregistrées au fil du temps des coordonnées 3D de l'étape de référence permet d'obtenir des valeurs de déplacement 3D. En outre, les dérivées temporelles des valeurs de déplacement permettent de calculer les vitesses et les accélérations 3D.

Un tenseur de déformation du plan local tenant compte des déplacements relatifs entre les coordonnées 3D calculées, fournit des mesures de déformation de surface dans les directions X et Y, ainsi que les déformations principales (déformation majeure et mineure) et les taux de déformation en tant que dérivées temporelles.

Aujourd'hui, la DIC est largement utilisée dans la plupart des secteurs industriels et dans la recherche et le développement dans les universités et les centres de recherche. Grâce à son principe sans contact et à sa capacité à mesurer et à évaluer les mouvements, les déformations, les contraintes, les vitesses et les accélérations, la DIC est un outil polyvalent dans les domaines des essais de matériaux et de composants.

Compte tenu de la facilité de préparation des spécimens et des mesures, la DIC remplace les appareils de mesure traditionnels, tels que les LVDT, les jauges de déformation et les accéléromètres.

La technologie de la caméra numérique disponible prend en charge les images à haute résolution et l'imagerie à grande vitesse jusqu'à des fréquences de 5 MHz, ce qui ouvre de nouveaux domaines d'application.