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数字散斑相关法（DSCM）测量物体面内位移
一． 实验目的
1． 了解和掌握DSCM测量物体面内位移的方法和技术；
2． 学会用DSCM方法测试试件的面内位移。

二． 实验器材和装置
实验试件为方形橡皮。试验器材有：光源、CCD、图象卡、监视器、计算机及软件。光
源为白光，由光纤灯产生。计算机及软件主要由图象采集、相关运算、数据处理等软件模块
组成。实验装置和光路如图1所示。

图1 数字散斑相关方法测量示意图
三． DSCM的基本原理
如图1所示，当白光照射到橡皮粗糙表面时，形成随机分布的散斑，用CCD记录散斑
图。物体表面的散斑随着物体的变形而运动，分析变形前后的散斑图，得到散斑沿U和V方
向的相对位移，既物体沿横向和纵向的相对变形。变形前后的两幅散斑图存在相关性。在变
形不大的情况下，物体表面的散斑场的灰度变化可以忽略不计。设（x，y）是变形前的一点，

（x*，y*）是变形后的相应点，两者的关系为：yvyxvxvyyyuyxuxuxx**

用函数F（xi，yi）表示变形前某一点（xi，yi）处的灰度值，G（x*I，y*i）表示变形后
对应点（x*I，y*i）处的灰度值，由概率与数理统计理论可知，两者的相关系数为：
2









ssssssmimjjimimjjimimjjijigyxgfyxfgyxgfyxfC11211
2
11
,,

,,

其中0≤C≤1；C=1时两者完全相关；C=0时两者完全不相关。分母分别为两者的均方
根，分子为两者的相关矩，f和g分别为iiyxf,和iiyxg,的平均值。只要两者相关，则以
位移为变量的相关函数C(u, v)曲面为一单峰曲面。当位移U, V分别固定时，C则为一正态分
布曲线。

四． 实验内容
1． 光路A。调整光路，将试件中间两倍高度以上的区域放入CCD视场中，在三点
弯曲试验过程中采集散斑图，分析三点弯曲过程的材料的变形规律。
2． 光路B。调整光路，放大视场，仅取试件中部下方的微小区域（宏观上为可也认
为是一点）。采集三点弯曲过程中的散斑图，计算V场，此时V场的平均值近似
等于试件的弯曲挠度f，则试件的弯曲弹性模量Ef为：

fhbLPEf334
式中： ΔP——载荷与挠度曲线上初始直线段的载荷增量，N；
Δf——对应于ΔP的试件跨度中点处的挠度增量，mm；本实验用V值代替。
L——跨度，mm；
b——试件宽度，mm；
h——试件厚度，mm。

五． 实验步骤
1． 把试件在加载装置上固定好。
2． 按图1摆好光路。调试光路要求成像清楚，可用带字的纸张成像来判断。
3． 用图象采集卡采集并存储不同载荷级次下的散斑图（*.bmp）。
4． 把刻度尺贴近试件表面，刻度图片（scale.bmp）。得到象素和毫米间的换算关系。
5． 打开DSCM分析软件。
6． 打开需要计算的两幅散斑图，一幅为变形前的散斑图；另一幅为变形后的散斑图。
7． 用鼠标在变形后的散斑图上选定一个矩形计算区域，或者通过输入左上角和右下
角两点的坐标（象素）来选定计算区域。选择X、Y方向的步距，一般为40，
20，10等几种。
8． 点击计算。程序将对计算区域内以步距为大小的微小子集自动进行相关计算，计
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算完成以后，在下面的状态栏可以看到计算的点数和计算的时间。保持数据*.txt
文件，其中五列数据（以象素表示），依次为坐标X、坐标Y、U值、V值、C
值。

六． 实DSCM实验报告要求

1． 采用数字散斑相关软件计算光路A的散斑图，得到U、V位移变形场。画出U
场、V场，说明三点弯曲过程的变形规律。
2． 采用光路A得到的U、V位移变形场，分析、计算试件的三点弯曲应变场：εx、
εy。
3． 采用数字散斑相关软件计算光路B的散斑图，得到V位移变形场。计算V场的
平均值，作为试件三点弯曲变形的挠度f值，求试件的弯曲弹性模量Ef ，并从
材料手册上查找该材料的弯曲弹性模量，给出相对误差，分析误差来源。