《數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）測試方法 第1部分：金屬拉伸試驗》征求意見稿

ICS75.180.01

CCSE90

團體標準

T/CSTMXXXXX-2023

數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）測試方法第1部

分：金屬材料拉伸試驗

MethodoftestbyDigitalImageCorrelation—part1：metallicmaterialstensile

testing

(征求意見稿)

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX-2023

前言

本文件參照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。

本文件由中國材料與試驗團體標準委員會石油石化工程及裝備材料領(lǐng)域委員會（CSTM/FC58）提

出。

本文件由中國材料與試驗團體標準委員會石油石化工程及裝備材料領(lǐng)域委員會（CSTM/FC58）歸

口。

III

T/CSTMXXXXX—2023

引言

本標準提供一種金屬材料拉伸過程中不同區(qū)域間接的、非接觸式的位移/應變測試方法，廣泛適用

于高速、大變形、斷裂、特殊環(huán)境的材料性能測試及變形過程的研究，是近年來材料性能研究中重要的

試驗技術(shù)發(fā)展方向。試驗標準的制定對于科研機構(gòu)或相關(guān)企業(yè)開展此類試驗和試驗結(jié)果采用、對比有重

要的指導作用，不同實驗室的試驗結(jié)果可以共享，可進一步提高測試精度和試驗水平，節(jié)約成本。

T/CSTMXXXX《數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）測試方法》分為如下3部分：

——第1部分：金屬材料拉伸試驗；

——第2部分：金屬斷裂韌性試驗；

——第3部分：金屬全尺寸彎曲試驗-

IV

T/CSTMXXXXX-2023

數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）測試方法第1部分：金屬材料拉伸試驗

1范圍

本文件規(guī)定了基于數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）金屬材料拉伸試驗的原理、DIC測量設計、DIC的標定及

試驗、DIC圖像處理和試驗報告。

本文件適用于基于數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）金屬材料拉伸試驗過程中的位移/應變的測定。測試樣品為

平面（單一相機）或曲面（至少2個相機），范圍尺寸為50mm至100mm，測試過程中應變變化不大于

60%，試驗為室溫靜態(tài)或準靜態(tài)的拉伸。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T10623金屬材料力學性能試驗術(shù)語

GB/T16825.1靜力單軸試驗機的檢驗第1部分拉力和（或）壓力試驗機測力系統(tǒng)的檢驗與校

準

3術(shù)語和定義

GB/T10623及GB/T228.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

數(shù)字圖像相關(guān)digitalimagecorrelation

?種基于光學，用于測量和分析力學試驗中試樣表面散斑的位移變化的測量技術(shù)。

注1：二維數(shù)字圖像相關(guān)（2D-DIC）表示試樣表面在平面上兩個方向上DIC測量?法，可分析試驗時平面試樣表面

的位移、應變變化。該方法可僅使用一個相機測試分析試樣。

注2：三維數(shù)字圖像相關(guān)（3D-DIC）表示在試樣表面在空間三個方向上的DIC測量方法，可分析試驗時曲面試樣表

面的位移、應變變化。該方法需使用以不同角度兩個或兩個以上的相機測試分析試樣，3D-DIC有時也稱為Stereo-DIC。

3.2

像素pixel

p

1

T/CSTMXXXXX—2023

圖像在屏幕上顯示的最小單位。

3.3

數(shù)據(jù)點datapoint

試樣某個位置上DIC測試結(jié)果（位移、應變等）的數(shù)據(jù)。

3.4

視場field-of-vie

試樣通過鏡頭系統(tǒng)投射到成像元件上的空間區(qū)域。

3.5

圖像數(shù)據(jù)imagedata

記錄有位移場數(shù)據(jù)信息的DIC數(shù)據(jù)，?般為“灰度”數(shù)值的2維或3維數(shù)據(jù)陣列。

3.6

圖像尺度imagescale

用于記錄試樣物理長度的圖像光學單元（像素）的數(shù)量。圖像像素與試樣長度轉(zhuǎn)換的物理單位（例

如mm）。

3.7

散斑尺寸patternsize

圖像數(shù)據(jù)中DIC散斑的長度。

3.8

物距objectdistance

相機鏡頭焦距平面與試樣之間的距離。

3.9

景深depthoffield

攝影機鏡頭或其他成像器前沿能夠獲得清晰成像時所測定被攝物體的前后距離。

3.10

虛擬應變片virtualstraingauge

人為設置的局部圖像區(qū)域，用于試樣特定位置的分析和計算。

注：虛擬應變片通常是線型，正方形，圓形或者六邊形，VSG的尺寸由設置的局部圖像區(qū)域像素數(shù)量和應變片形狀

結(jié)構(gòu)來確定（例如：正方形的邊長，圓的直徑，或者六邊形的等效直徑）。

3.11

虛擬應變片尺寸virtualstraingaugesize

虛擬應變片的特征長度。

4符號和縮略語

下列符號和縮略語適用于本文件。

2

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DOF攝影機鏡頭或其他成像器前沿能夠獲得清晰成像時所測定被攝物體的前后距離，單位為毫

米（mm）

DIC數(shù)字圖像相關(guān)（DigitalImageCorrelation）

DOF景深（DepthofField）

FOV視場（Field-of-Vie）

LVSG虛擬應變片的特征長度，單位為毫米（mm）

VSG虛擬應變片（VirtualStrainGauge）

5原理和流程

采用金屬材料拉伸試驗方法，完成本標準定義的報告內(nèi)容。

本標準基于DIC的光學測量技術(shù)，?于測量金屬拉伸試驗中試樣表面上不斷演變的全場2D或3D

位移，獲得不同區(qū)域的應變，具體測試流程如圖1所示。

DIC測量

DIC設備選擇、調(diào)

節(jié)及試樣散斑制作

DIC的標定

DIC測試試驗

DIC圖像處理

結(jié)果輸出

圖1DIC的測試流程

3

T/CSTMXXXXX—2023

6DIC設備選擇、調(diào)節(jié)及試樣散斑制作

6.1總則

DIC測試前，應根據(jù)試驗內(nèi)容及測試環(huán)境情況選擇合適的相機、計算機硬件并制作試樣的DIC散

斑。

6.2相機的選擇

應選擇合適參數(shù)的相機鏡頭以獲得清晰、穩(wěn)定的圖像，用于分析和計算試樣上目標區(qū)域在拉伸試驗

過程的位移演化，根據(jù)試樣的測試區(qū)域以及在拉伸試驗中的變形情況，選擇使用2D-DIC或3D-DIC，

若試樣測試表面為平面且在試驗過程中一直保持為平面，可選擇2D-DIC；應根據(jù)相機焦距，確定物距；

對于3D-DIC，確定物距后，應根據(jù)相機間距選擇合適的立體角，保證試驗過程中相機能清晰成像，并

且相機間能互相相關(guān)；應根據(jù)拉伸試驗中試樣的變形情況，確定相機的景深，以便試驗過程中試樣的目

標區(qū)域始終可以清晰成像；應根據(jù)視場中試樣目標區(qū)域的成像質(zhì)量選擇相機的分辨率，保證目標區(qū)域的

散斑像素點清晰可辨；應根據(jù)試驗要求和設備能力，設置相機的圖像采集幀數(shù)。

6.3相機與鏡頭的固定

DIC測量時應使用穩(wěn)定可靠的相機固定系統(tǒng)，固定系統(tǒng)應有足夠的自由度可精確調(diào)節(jié)相機的位置

和姿態(tài)（如移動或旋轉(zhuǎn)平臺，三腳架等）；固定系統(tǒng)中則應包括適當?shù)南鄼C位置、姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置（如用

于相機轉(zhuǎn)動的桿或相機平移的移動臺）可用于DIC相機的標定；在確定最終位置和姿態(tài)后，應鎖緊固

定系統(tǒng)上所有的調(diào)節(jié)部件，防止移動和晃動；對于2D-DIC，固定系統(tǒng)應能實現(xiàn)相機光軸與試樣表面保

持垂直；對于3D-DIC，固定相機后應確保能采集到清晰、準確的圖像；對于3D-DIC，應能實現(xiàn)將多個

相機剛性的固定在一起，防止相機間發(fā)生相互運動；相機的固定系統(tǒng)應具有足夠的剛度，減小外界傳遞

到相機上的振動。

6.4光源和光圈

DIC系統(tǒng)應配備有合適的光源和光圈保證試驗過程中的視場有足夠的對比度，從而獲得清晰的圖

像；對于3D-DIC，相機的光圈大小應相同（或盡量接近）。光圈確定后，光照和曝光時間的設置應保證

DIC散斑的明（白色）、暗（黑色）區(qū)域的差異明顯；光源和光圈的設置應保證圖像目標區(qū)域內(nèi)各個位

置上的對比度差異不大，且不隨試驗的進行發(fā)生變化；對于3D-DIC，多個相機的曝光時間應設置一致。

6.5拉伸試樣及制備

應按照GB/T228.1確定拉伸試樣的尺寸及類型，按照相關(guān)產(chǎn)品標準或GB/T2975的要求切取樣坯

和制備試樣。

6.6DIC散斑制作

應在拉伸試樣測試區(qū)域的表面制作DIC散斑。若試樣測試區(qū)域表面有可用于DIC測量的自然散斑，

4

T/CSTMXXXXX-2023

可不制作散斑。散斑的最優(yōu)尺寸宜為3–5p；散斑應具有足夠的隨機性，以保證圖像不同區(qū)域內(nèi)的散斑

分布具有唯一性；散斑的密度宜為50%（即在測量區(qū)域內(nèi)亮（白色）和暗（黑色）像素所占的面積大致

相同）。如果使用圓形散斑，其密度宜為測量區(qū)域的25—40%；應采用啞光的散斑，避免炫光或鏡面反

射現(xiàn)象；DIC散斑應厚度均勻、附著性好，與試樣變形能保持一致，不影響試樣的變形過程；應避免低

質(zhì)量（如褪色、開裂和脫落）散斑的出現(xiàn)。

6.7拉伸試驗機

應按照GB/T16825.1的要求對拉伸試驗機的測力系統(tǒng)進行校準，其準確度應為1級或優(yōu)于1級，

拉伸試驗機應能同步輸出載荷信號至DIC測試系統(tǒng)中，且二者的數(shù)據(jù)采樣頻率應能互相匹配。

7DIC系統(tǒng)的標定

拉伸試驗前應對DIC系統(tǒng)進行標定。標定2D-DIC系統(tǒng)的目的是獲得圖像尺度，即圖像中的像素與

試樣上某個實際距離的比例，并校正鏡頭畸變。標定3D-DIC系統(tǒng)，獲得相機參數(shù)（即圖像尺度、景深、

焦距、圖像中心、鏡頭畸變等）和其他參數(shù)（即立體角、相機間距、相機到測試對象的距離等）。具體

標定原則和流程應按照附錄A執(zhí)行。

8DIC拉伸試驗

8.1試驗前的檢查

設置DIC圖像合適的文件名稱、存儲位置，根據(jù)試驗時長和采集頻率確認存儲空間；根據(jù)要求設

置不同試驗階段DIC圖像的采集頻率；校準拉伸試驗機中與DIC圖像同步的力學信號和其他測量信號；

確認DIC圖像采集觸發(fā)器的工作狀態(tài)；打開光源，設置正確的圖像曝光時間和采集幀率。

8.2試驗加載及數(shù)據(jù)采集

開始拉伸試驗，同時觸發(fā)DIC圖像的采集，觀察拉伸載荷變化及圖像采集情況，試驗結(jié)束后停止

圖像采集，保存數(shù)據(jù)，取下試樣，關(guān)閉試驗機。拉伸試驗過程應按照GB/T228.1的要求進行。

9DIC數(shù)據(jù)處理

9.1測試區(qū)域

可在散斑圖像中選擇合適尺寸大小的區(qū)域用于數(shù)據(jù)分析（通常為試樣上散斑質(zhì)量較好的重點目標/

需要分析區(qū)域）。

9.2圖像參考

9.2.1DIC參考圖像

DIC數(shù)據(jù)處理時應選擇一個圖像作為參考圖像，可選擇某一特定時刻的參考圖像作為初始圖像（通

5

T/CSTMXXXXX—2023

常為試驗開始前），后續(xù)圖像數(shù)據(jù)與該圖像進行相關(guān)計算，以獲得試驗過程中測量點隨時間的運動或位

移變化。

9.2.2增量參考

在試樣變形較大的階段，可選擇相鄰的兩張圖像分別進行相關(guān)計算（前一張圖像為參考圖像），從

而獲得試驗過程中測量點隨時間的運動或位移變化。

9.2.3分段參考

若要對試驗中不同階段的測試結(jié)果進行分析和研究，可將整個拉伸過程分為若干個階段，選擇每個

階段中的特定時刻（通常為該階段中的第一張圖像）作為該階段的參考圖像，并與該階段后續(xù)圖像數(shù)據(jù)

進行相關(guān)計算，以獲得不同階段拉伸過程中測量點隨時間的運動或位移變化。

9.3圖像濾波

對圖像進行相關(guān)計算之前，可對采集圖像數(shù)據(jù)進行濾波處理（如中值濾波、高斯濾波等方法）來平

滑DIC散斑中的銳利邊緣圖像，提高計算準確度。

9.4圖像插值

為了進一步提高DIC測量圖像的像素精度，可選擇在質(zhì)量較差（不清晰、分辨率低）的圖像像素

間進行插值處理。

9.5應變測量分析

應在圖像中設置虛擬應變片來計算該區(qū)域的應變。

10試驗報告

試驗報告應當包括下列內(nèi)容：

10.1必要的內(nèi)容

a）本標準編號；

b）試驗樣品、試驗日期及試驗室等信息；

c）DIC系統(tǒng)及拉伸試驗機的硬件參數(shù)；

d）DIC分析參數(shù)、試驗尺寸、試驗溫度等試驗條件；

e）DIC軟件名稱、版本號及制造商；

f）DIC試驗結(jié)果（位移、應變等）；

g）測定中發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象；

h）對結(jié)果可能已產(chǎn)生影響的本標準中未作規(guī)定的各種操作或任選的操作。

10.2可選的內(nèi)容

6

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a）DIC標定的參數(shù)；

7

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附錄A

（規(guī)范性）

金屬拉伸試驗DIC系統(tǒng)的標定及檢驗

A.1標定前的系統(tǒng)檢查

DIC系統(tǒng)標定前，應該調(diào)整DIC測量裝置（如物距、立體角等），檢驗光學系統(tǒng)（光源、焦距、光

圈等）和散斑，以便獲得最佳圖像。當DIC的測量裝置、光學系統(tǒng)發(fā)生調(diào)整時，應重新拍攝標定圖像。

如果對光學系統(tǒng)硬件（相機或鏡頭）進行任何調(diào)整或更換，則必須重新拍攝標定圖像。圖像檢查時應注

意對DIC系統(tǒng)各部分的異常狀態(tài)進行排查，如表A.1所示。

表A.1DIC標定前的檢查

分類內(nèi)容

固定裝置及位置振動或相機位置晃動

相機鏡頭有灰塵或異物

炫光

圖像失焦

相機及光源

光照不均勻

對比度差

過曝光或欠曝光

散斑尺寸不符

散斑散斑缺陷

散斑密度不合理

A.2DIC的標定

A.2.1標定板的選擇

應根據(jù)DIC軟件手冊或設備要求選擇適當?shù)臉硕ò?，并根?jù)要求移動（如靜?、旋轉(zhuǎn)、傾斜和平

移）標定板進行標定。

A.2.2光源的調(diào)整

調(diào)整光源保證圖像上標定板上特征點的對比度足夠大，且沒有明顯的分布不均勻現(xiàn)象。此外圖像上

8

T/CSTMXXXXX-2023

標定板所有位置和方向上都應沒有炫光現(xiàn)象存在，否則應調(diào)整光照及曝光時間。光源的變化（如位置、

光照等）都不應對相機及其固定裝置產(chǎn)生干擾。

A.2.3標定圖像的采集

根據(jù)DIC軟件手冊或設備的具體要求采集標定圖像，提取標定板上的特征信息，采集一定數(shù)量的

標定圖像，采集的圖像應成像清晰、具有較好的對比度且無眩光現(xiàn)象。

A.2.4標定結(jié)果的檢查

DIC標定后應根據(jù)DIC軟件手冊或設備的具體建議對標定結(jié)果進行檢查，若存在以下現(xiàn)象則應重

新進行標定：

a）標定后的圖像剔除了重要區(qū)域或特征；

b）標定后圖像中的特征與標定板不符；

c）兩個或多個相機（3D-DIC）標定后的圖像特征存在顯著差異；

d）檢查相機間的圖像采集是否有不同步或振動現(xiàn)象。

A.3DIC的標定后的檢查

DIC系統(tǒng)標定后應對固定裝置、光學系統(tǒng)、標定結(jié)果進行再次檢查，若發(fā)現(xiàn)問題需要重新調(diào)整光學

系統(tǒng)時，則應重新進行DIC標定。

9

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附錄B

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：中國石油集團工程材料研究院有限公司、國家管網(wǎng)集團西部管道有限責任公司、

國家管網(wǎng)集團西南管道有限公司。

本文件主要起草人：楊坤、高雄雄、陳宏遠、李為衛(wèi)、李鶴、池強、尚臣、余東亮、軒恒。

_________________________________

10

T/CSTMXXXXX-2023

目次

前言................................................................................................................................................................III

引言................................................................................................................................................................IV

1范圍..................................................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件..............................................................................................................................................1

3術(shù)語和定義......................................................................................................................................................1

4符號和縮略語..................................................................................................................................................2

5原理和流程......................................................................................................................................................3

6DIC設備選擇、調(diào)節(jié)及試樣散斑制作...........................................................................................................4

6.1總則...........................................................................................................................................................4

6.2相機的選擇...............................................................................................................................................4

6.3相機與鏡頭的固定...................................................................................................................................4

6.4光源和光圈...............................................................................................................................................4

6.5拉伸試樣及制備.......................................................................................................................................4

6.6DIC散斑制作............................................................................................................................................4

6.7拉伸試驗機...............................................................................................................................................5

7DIC系統(tǒng)的標定...............................................................................................................................................5

8DIC拉伸試驗...................................................................................................................................................5

8.1試驗前的檢查...........................................................................................................................................5

8.2試驗加載及數(shù)據(jù)采集...............................................................................................................................5

9DIC數(shù)據(jù)處理...................................................................................................................................................5

9.1測試區(qū)域...................................................................................................................................................5

9.2圖像參考...................................................................................................................................................5

9.3圖像濾波...................................................................................................................................................6

9.4圖像插值...................................................................................................................................................6

9.5應變測量分析...........................................................................................................................................6

10試驗報告........................................................................................................................................................6

10.1必要的內(nèi)容.............................................................................................................................................6

10.2可選的內(nèi)容.............................................................................................................................................6

附錄A（規(guī)范性）金屬拉伸試驗DIC系統(tǒng)的標定及檢驗...................................................................8

I

T/CSTMXXXXX—2023

A.1標定前的系統(tǒng)檢查..................................................................................................................................8

A.2DIC的標定...............................................................................................................................................8

A.3DIC的標定后的檢查...............................................................................................................................9

附錄B（資料性）起草單位和主要起草人.........................................................................................10

II

T/CSTMXXXXX-2023

數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）測試方法第1部分：金屬材料拉伸試驗

1范圍

本文件規(guī)定了基于數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）金屬材料拉伸試驗的原理、DIC測量設計、DIC的標定及

試驗、DIC圖像處理和試驗報告。

本文件適用于基于數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）金屬材料拉伸試驗過程中的位移/應變的測定。測試樣品為

平面（單一相機）或曲面（至少2個相機），范圍尺寸為50mm至100mm，測試過程中應變變化不大于

60%，試驗為室溫靜態(tài)或準靜態(tài)的拉伸。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T10623金屬材料力學性能試驗術(shù)語

GB/T16825.1靜力單軸試驗機的檢驗第1部分拉力和（或）壓力試驗機測力系統(tǒng)的檢驗與校

準

3術(shù)語和定義

GB/T10623及GB/T228.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

數(shù)字圖像相關(guān)digitalimagecorrelation

?種基于光學，用于測量和分析力學試驗中試樣表面散斑的位移變化的測量技術(shù)。

注1：二維數(shù)字圖像相關(guān)（2D-DIC）表示試樣表面在平面上兩個方向上DIC測量?法，可分析試驗時平面試樣表面

的位移、應變變化。該方法可僅使用一個相機測試分析試樣。

注2：三維數(shù)字圖像相關(guān)（3D-DIC）表示在試樣表面在空間三個方向上的DIC測量方法，可分析試驗時曲面試樣表

面的位移、應變變化。該方法需使用以不同角度兩個或兩個以上的相機測試分析試樣，3D-DIC有時也稱為Stereo-DIC。

3.2

像素pixel

p