{"id":209,"date":"2016-05-25T09:03:17","date_gmt":"2016-05-25T09:03:17","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fizyka.umk.pl\/~erihs\/?page_id=209"},"modified":"2026-01-20T09:16:42","modified_gmt":"2026-01-20T09:16:42","slug":"metoda-cyfrowej-korelacji-obrazu-do-polowych-pomiarow-przemieszczen-i-odksztalcen","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/metoda-cyfrowej-korelacji-obrazu-do-polowych-pomiarow-przemieszczen-i-odksztalcen\/","title":{"rendered":"Metoda Cyfrowej Korelacji Obrazu do polowych pomiar\u00f3w przemieszcze\u0144 i odkszta\u0142ce\u0144"},"content":{"rendered":"

Dysponent<\/strong>: Politechnika Warszawska.<\/p>\n

Kontakt:<\/strong> prof. dr hab. Robert Sitnik\u00a0\"koperta\"<\/a><\/p>\n

Opis metody<\/h2>\n

Metoda Cyfrowej Korelacji Obrazu (CKO) umo\u017cliwia pomiar przemieszcze\u0144 w p\u0142aszczy\u017anie i poza-p\u0142aszczyznowych oraz obliczenie odkszta\u0142ce\u0144 obiektu wynikaj\u0105cych z obci\u0105\u017cenia si\u0142ami zewn\u0119trznymi (np. naci\u0105g p\u0142\u00f3tna, drgania w trakcie transportu) oraz \u015brodowiskowymi (zmiana wilgotno\u015bci, temperatury, ci\u015bnienia \u015brodowiska w kt\u00f3rym znajduje si\u0119 obiekt). Pomiar polega na wykonaniu serii zdj\u0119\u0107 przed obci\u0105\u017ceniem i po obci\u0105\u017ceniu badanego obiektu. Powierzchnia badanego obiektu musi posiada\u0107 pewn\u0105 losow\u0105 tekstur\u0119 (struktur\u0119 plamkow\u0105). Typowo w pomiarach obiekt\u00f3w in\u017cynierskich tekstur\u0119 tak\u0105 nale\u017cy nanie\u015b\u0107 na obiekt przed rozpocz\u0119ciem pomiar\u00f3w co w wi\u0119kszo\u015bci przypadk\u00f3w dzie\u0142 sztuki nie jest akceptowalne, ta mo\u017ce by\u0107 np. naturaln\u0105 tekstur\u0105 obrazu malarskiego, w postaci intensywnego zr\u00f3\u017cnicowania kolorystycznego i\/lub wyra\u017anego duktu p\u0119dzla (rys. 1). Jeden z obraz\u00f3w w serii jest wybierany jako obraz referencyjny do wszystkich nast\u0119pnych analiz. Obraz referencyjny jest dzielony na ma\u0142e prostok\u0105tne regiony – zwane subsetami. Algorytm CKO \u015bledzi pozycj\u0119 ka\u017cdego subsetu z obrazu referencyjnego we wszystkich pozosta\u0142ych obrazach serii pomiarowej. Znajdowanie subset\u00f3w odbywa si\u0119 poprzez obliczanie wsp\u00f3\u0142czynnika korelacji wzajemnej. Dla ka\u017cdego subsetu obliczane s\u0105 wektory przemieszcze\u0144 w p\u0142aszczy\u017anie (u i v), wykorzystuj\u0105c triangulacje wyznaczane s\u0105 przemieszczenia poza-p\u0142aszczyznowe (w). Dzi\u0119ki zastosowaniu metod interpolacji osi\u0105gana jest dok\u0142adno\u015b\u0107 subpikselowa. Dane wyj\u015bciowe stanowi zbi\u00f3r map przemieszcze\u0144, kt\u00f3re nast\u0119pnie mog\u0105 by\u0107 wykorzystane do oblicze\u0144 map odkszta\u0142ce\u0144 w p\u0142aszczy\u017anie (\u03b5xx<\/sub>,\u03b5yy<\/sub>).<\/p>\n

\"cko1\"

Rys. 1. Zdj\u0119cia przyk\u0142adowych fragment\u00f3w obraz\u00f3w, kt\u00f3re posiadaj\u0105 tekstur\u0119 umo\u017cliwiaj\u0105c\u0105 wykorzystanie metody CKO do bada\u0144 przemieszcze\u0144<\/p><\/div>\n

Zastosowanie<\/h2>\n

G\u0142\u00f3wnym zastosowaniem metody CKO w dziedzinie badania obiekt\u00f3w zabytkowych jest pomiar obraz\u00f3w malarskich oraz tr\u00f3jwymiarowych obiekt\u00f3w drewnianych (rze\u017aby). Wykorzystanie metody CKO umo\u017cliwia:<\/p>\n

    \n
  • wykrycie niebezpiecze\u0144stwa wyst\u0105pienia p\u0119kni\u0119cia w strukturze materia\u0142u, poprzez lokalizacje koncentracji napr\u0119\u017ce\u0144,<\/li>\n
  • wyb\u00f3r najlepszej metody naprawy konserwatorskiej, poprzez badanie zamodelowanych pr\u00f3bek.<\/li>\n
  • monitorowanie wp\u0142ywy zmian \u015brodowiskowych na zmiany w obiekcie (odkszta\u0142cenia i deformacje)<\/li>\n<\/ul>\n

    Metoda CKO mo\u017ce zosta\u0107 wykorzystana do pomiaru obiekt\u00f3w rzeczywistych lub sztucznie przygotowanych pr\u00f3bek, symuluj\u0105cych zachowanie obiektu w warunkach ekstremalnych (np. nag\u0142a skokowa zmiana wsp\u00f3\u0142czynnika wilgotno\u015bci lub temperatury, wzgl\u0119dnie du\u017ce wibracje).<\/p>\n

    Instrument<\/h2>\n

    System CKO 3D sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch kamer cyfrowych, o\u015bwietlacza LED (o\u015bwietlenie to nie nagrzewa badanego obiektu) i komputera steruj\u0105cego. System mo\u017ce by\u0107 ustawiony na przeno\u015bnym statywie fotograficznym lub stole optycznym. Badany obiekt obserwowany jest z wykorzystaniem kamer cyfrowych z wymiennymi obiektywami, dzi\u0119ki czemu pole pomiarowe oraz dok\u0142adno\u015b\u0107 metody jest skalowalna. Parametry systemu pomiarowego to:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
    Parametr<\/td>\nWarto\u015b\u0107<\/td>\n<\/tr>\n
    pole pomiarowe<\/td>\nod kilku cm2<\/sup> do kilku m2<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
    dok\u0142adno\u015b\u0107 pomiaru przemieszcze\u0144<\/td>\nod kilku \u00b5m do kilku mm<\/td>\n<\/tr>\n
    cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 zbierania danych<\/td>\ntypowo 15Hz, \u00a0z zastosowaniem szybkich kamer do 1 kHz<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
    \"cko2\"

    Rys. 2. Przyk\u0142adowa konfiguracja uk\u0142adu CKO 3D<\/p><\/div>\n

    Warunki badania<\/h2>\n

    Pomiar mo\u017ce by\u0107 przeprowadzony w warunkach laboratoryjnych (np. z wykorzystaniem komory klimatycznej) lub in-situ<\/em>. W przypadku pomiar\u00f3w poza-laboratoryjnych wymagany jest stabilny postument, na kt\u00f3rym b\u0119dzie (jest) umieszczony badany obiekt i system pomiarowy. Bezpo\u015brednio przed obiektem wymagana jest wolna przestrze\u0144 min. 1 m.\u00a0 Korzystne jest, aby w miejscu prowadzenia pomiar\u00f3w warunki o\u015bwietlenia by\u0142y stabilne lub aby by\u0142o dozwolone o\u015bwietlenie dodatkowe (o\u015bwietlacz niskotemperaturowy (diodowy)). W miejscu badania musi by\u0107 dost\u0119pne \u017ar\u00f3d\u0142o zasilania w postaci pojedynczego, typowego gniazda 230 V z uziomem.<\/p>\n

    Format wynik\u00f3w pomiar\u00f3w<\/h2>\n

    Wyniki pomiar\u00f3w s\u0105 chmurami punkt\u00f3w w przestrzeni 3D, na kt\u00f3rych zakodowany jest kszta\u0142t nios\u0105cy informacje o warto\u015bci wybranego parametru, kt\u00f3rym mo\u017ce by\u0107 sk\u0142adowa przemieszcze\u0144 lub odkszta\u0142ce\u0144. Chmury punkt\u00f3w mog\u0105 by\u0107 wizualizowana w przestrzeni 3D lub zmapowana na zdj\u0119cie badanego obiektu. W przypadku p\u0142askich obiekt\u00f3w (p\u0142\u00f3tno malarskie) wyniki przedstawiane s\u0105 w postaci map dwuwymiarowych w kt\u00f3rych mierzona wielko\u015b\u0107 zakodowana jest w postaci barwy (lub szaroodcieniowo). Na Rys.3a przedstawiono przyk\u0142adowe mapy przemieszcze\u0144 u, v, w, kt\u00f3re odpowiadaj\u0105 odpowiednio przemieszczeniom ka\u017cdego punktu obiektu w kierunku x i y (w p\u0142aszczy\u017anie obiektu) i z (pozap\u0142aszczyznowo). Mapy przemieszcze\u0144 u i v przeliczyane s\u0105, w nast\u0119pnym etapie analizy, na mapy odkszta\u0142ce\u0144 \u03b5xx<\/sub>, \u03b5yy<\/sub> i \u03b3xy<\/sub>.<\/p>\n

    \"cko3\"

    Rys. 3. Wyniki pomiaru przemieszcze\u0144 p\u0142\u00f3tna malarskiego z naprawami w trakcie szybkich zmian wsp\u00f3\u0142czynnika wilgotno\u015bci wzgl\u0119dnej otocznie. (a) Mapy przemieszcze\u0144 w trzech kierunkach dla wsp\u00f3\u0142czynnika wilgotno\u015bci 73%, (b) Zmiany przemieszcze\u0144 dla przekroju (zaznaczonych na mapach przemieszcze\u0144) w funkcji czasu<\/p><\/div>\n

    Dane pomiarowe mo\u017cna eksportowa\u0107 do plik\u00f3w \u201e.csv\u201d \u00a0jako pe\u0142ne chmury punkt\u00f3w, lub z wybranego punktu\/przekroju. Przyk\u0142ad wizualizacji zmian przemieszcze\u0144 w wybranym przekroju w funkcji czasu (i zmian wilgotno\u015bci) przedstawiono na Rys.3b.<\/p>\n

    Publikacje z wynikami prac z prezentowanej dziedziny<\/h2>\n
      \n
    1. K. Malowany, L. Tymi\u0144ska-Widmer, M. Malesa, M. Kujawinska, P. Targowski, B. Rouba, \u201cThe application of 3D digital image correlation to track displacements and strains of canvas paintings exposed to relative humidity changes\u201d, Applied Optics, vol. 53, no. 9, pp. 1739-1749, 2014.<\/li>\n
    2. M. Malesa, K. Malowany, L. Tymi\u0144ska-Widmer, E. A. Kwiatkowska, M. Kujawi\u0144ska, B. J. Rouba, P. Targowski, \u201cApplication of digital image correlation (DIC) for tracking deformations of paintings on canvas\u201d, Proc. SPIE 8084, 80840L, 2011.<\/li>\n
    3. M. Kujawinska, M. Malesa, K. Malowany, A. Piekarczuk, L. Tymi\u0144ska-Widmer, and P. Targowski, \u201cDigital image correlation method: a versatile tool for engineering and art structures investigations,\u201d Proc. SPIE 8011, 80119R, 2011.<\/li>\n
    4. L. Tyminska-Widmer, K. Malowany, M. Malesa, B. J. Rouba, M. Kujawi\u0144ska, and P. Targowski, \u201cDigital image correlation (DIC) as a novel tool for monitoring response of canvas paintings to variations in environmental conditions,\u201d in Book of Abstracts, Indoor Air Quality, 10th International Conference Indoor Air Quality in Heritage and Historic Environments \u201cStandards and Guidelines\u201d (UCL Centre for Sustainable Heritage, 2012), p. 110.<\/li>\n
    5. http:\/\/www.ucl.ac.uk\/iaq2012\/documents\/IAQ2012_Book_of_Abstracts_on\u2011line.pdf<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      Dysponent: Politechnika Warszawska. Kontakt: prof. dr hab. Robert Sitnik\u00a0 Opis metody Metoda Cyfrowej Korelacji Obrazu (CKO) umo\u017cliwia pomiar przemieszcze\u0144 w p\u0142aszczy\u017anie i poza-p\u0142aszczyznowych oraz obliczenie odkszta\u0142ce\u0144 obiektu wynikaj\u0105cych z obci\u0105\u017cenia si\u0142ami zewn\u0119trznymi (np. naci\u0105g p\u0142\u00f3tna, drgania w trakcie transportu) oraz … Czytaj dalej →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-209","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/209","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=209"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/209\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3312,"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/209\/revisions\/3312"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.e-rihs.pl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=209"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}