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

XJTUDVC 體積內(nèi)三維應變測量系統(tǒng) 軟件主界面

應用范圍：
1、 生物力學（骨骼、肌肉、血管等）
2、 材料試驗（變形條件下內(nèi)部位移、應變場分析）
3、 重要部件關(guān)鍵部位監(jiān)測試驗
4、 斷裂力學性能（可對材料內(nèi)部孔徑大小位置進行測量和定位）
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( 如細胞等)的內(nèi)部變形場測量和力學行為表征
 
系統(tǒng)特點：
1、 獲得的三維坐標、位移、應變數(shù)據(jù)
2、 測量結(jié)果三維顯示
3、 適用于任何材料
4、 快速、簡單、高的系統(tǒng)測量
5、 位移測量范圍廣泛

測量原理 ：
     數(shù)字圖像相關(guān)法(Dial Image Correlation, ,DIC)一般只能測量物體表面的變形和應變，而數(shù)字體積相關(guān)法(Dial Volume Correlation, DVC)可以測量一個完整三維體積內(nèi)部的變形和應變，通過X射線、核磁共振成像掃描儀、光斷層掃描設置獲得物體內(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,實現(xiàn)變形前后物體內(nèi)部的三維坐標、位移、應變的測量，具有便攜，速度快，高，易操作等特點。基本原理如圖 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)既可以單獨使用，也可以與 XJTUDIC 數(shù)字散斑三維應變分析系統(tǒng)(主要針對物體面內(nèi)的位移和應變)配合使用，能夠完整的監(jiān)測物體內(nèi)部及其表面的位移和應變。

   圖1  DVC方法基本原理意識圖

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

應用：
     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)中設置子體塊尺寸15*15*15voxel，計算區(qū)域為整個散斑體圖像，計算點個數(shù)為10*10*10。對變形前體圖像進行網(wǎng)格的劃分，網(wǎng)格大小為15*15*15voxel。
然后進行種子塊的創(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算點坐標和另一指定層的散斑圖像，并同時顯示了創(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，進行網(wǎng)格匹配計算，圖4圖示顯示了變形前后指定層的網(wǎng)格劃分、匹配以及計算點（字體塊中心點）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

匹配計算完成后，計算結(jié)果顯示了變形前后字體塊中心點的坐標和色譜圖，如下圖5所示。計算結(jié)果大小和預先的施加位移大小相當，可達0.02voxel。很好的證明了該系統(tǒng)的和實用價值。
 

圖5 變形前后字體塊中心點