《数字图像相关（DIC）测试方法 第1部分：金属拉伸试验》征求意见稿

ICS75.180.01

CCSE90

团体标准

T/CSTMXXXXX-2023

数字图像相关（DIC）测试方法第1部

分：金属材料拉伸试验

MethodoftestbyDigitalImageCorrelation—part1：metallicmaterialstensile

testing

(征求意见稿)

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX-2023

前言

本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会石油石化工程及装备材料领域委员会（CSTM/FC58）提

出。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会石油石化工程及装备材料领域委员会（CSTM/FC58）归

口。

III

T/CSTMXXXXX—2023

引言

本标准提供一种金属材料拉伸过程中不同区域间接的、非接触式的位移/应变测试方法，广泛适用

于高速、大变形、断裂、特殊环境的材料性能测试及变形过程的研究，是近年来材料性能研究中重要的

试验技术发展方向。试验标准的制定对于科研机构或相关企业开展此类试验和试验结果采用、对比有重

要的指导作用，不同实验室的试验结果可以共享，可进一步提高测试精度和试验水平，节约成本。

T/CSTMXXXX《数字图像相关（DIC）测试方法》分为如下3部分：

——第1部分：金属材料拉伸试验；

——第2部分：金属断裂韧性试验；

——第3部分：金属全尺寸弯曲试验-

IV

T/CSTMXXXXX-2023

数字图像相关（DIC）测试方法第1部分：金属材料拉伸试验

1范围

本文件规定了基于数字图像相关（DIC）金属材料拉伸试验的原理、DIC测量设计、DIC的标定及

试验、DIC图像处理和试验报告。

本文件适用于基于数字图像相关（DIC）金属材料拉伸试验过程中的位移/应变的测定。测试样品为

平面（单一相机）或曲面（至少2个相机），范围尺寸为50mm至100mm，测试过程中应变变化不大于

60%，试验为室温静态或准静态的拉伸。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备

GB/T10623金属材料力学性能试验术语

GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校

准

3术语和定义

GB/T10623及GB/T228.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

数字图像相关digitalimagecorrelation

⼀种基于光学，用于测量和分析力学试验中试样表面散斑的位移变化的测量技术。

注1：二维数字图像相关（2D-DIC）表示试样表面在平面上两个方向上DIC测量⽅法，可分析试验时平面试样表面

的位移、应变变化。该方法可仅使用一个相机测试分析试样。

注2：三维数字图像相关（3D-DIC）表示在试样表面在空间三个方向上的DIC测量方法，可分析试验时曲面试样表

面的位移、应变变化。该方法需使用以不同角度两个或两个以上的相机测试分析试样，3D-DIC有时也称为Stereo-DIC。

3.2

像素pixel

p

1

T/CSTMXXXXX—2023

图像在屏幕上显示的最小单位。

3.3

数据点datapoint

试样某个位置上DIC测试结果（位移、应变等）的数据。

3.4

视场field-of-vie

试样通过镜头系统投射到成像元件上的空间区域。

3.5

图像数据imagedata

记录有位移场数据信息的DIC数据，⼀般为“灰度”数值的2维或3维数据阵列。

3.6

图像尺度imagescale

用于记录试样物理长度的图像光学单元（像素）的数量。图像像素与试样长度转换的物理单位（例

如mm）。

3.7

散斑尺寸patternsize

图像数据中DIC散斑的长度。

3.8

物距objectdistance

相机镜头焦距平面与试样之间的距离。

3.9

景深depthoffield

摄影机镜头或其他成像器前沿能够获得清晰成像时所测定被摄物体的前后距离。

3.10

虚拟应变片virtualstraingauge

人为设置的局部图像区域，用于试样特定位置的分析和计算。

注：虚拟应变片通常是线型，正方形，圆形或者六边形，VSG的尺寸由设置的局部图像区域像素数量和应变片形状

结构来确定（例如：正方形的边长，圆的直径，或者六边形的等效直径）。

3.11

虚拟应变片尺寸virtualstraingaugesize

虚拟应变片的特征长度。

4符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件。

2

T/CSTMXXXXX-2023

DOF摄影机镜头或其他成像器前沿能够获得清晰成像时所测定被摄物体的前后距离，单位为毫

米（mm）

DIC数字图像相关（DigitalImageCorrelation）

DOF景深（DepthofField）

FOV视场（Field-of-Vie）

LVSG虚拟应变片的特征长度，单位为毫米（mm）

VSG虚拟应变片（VirtualStrainGauge）

5原理和流程

采用金属材料拉伸试验方法，完成本标准定义的报告内容。

本标准基于DIC的光学测量技术，⽤于测量金属拉伸试验中试样表面上不断演变的全场2D或3D

位移，获得不同区域的应变，具体测试流程如图1所示。

DIC测量

DIC设备选择、调

节及试样散斑制作

DIC的标定

DIC测试试验

DIC图像处理

结果输出

图1DIC的测试流程

3

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6DIC设备选择、调节及试样散斑制作

6.1总则

DIC测试前，应根据试验内容及测试环境情况选择合适的相机、计算机硬件并制作试样的DIC散

斑。

6.2相机的选择

应选择合适参数的相机镜头以获得清晰、稳定的图像，用于分析和计算试样上目标区域在拉伸试验

过程的位移演化，根据试样的测试区域以及在拉伸试验中的变形情况，选择使用2D-DIC或3D-DIC，

若试样测试表面为平面且在试验过程中一直保持为平面，可选择2D-DIC；应根据相机焦距，确定物距；

对于3D-DIC，确定物距后，应根据相机间距选择合适的立体角，保证试验过程中相机能清晰成像，并

且相机间能互相相关；应根据拉伸试验中试样的变形情况，确定相机的景深，以便试验过程中试样的目

标区域始终可以清晰成像；应根据视场中试样目标区域的成像质量选择相机的分辨率，保证目标区域的

散斑像素点清晰可辨；应根据试验要求和设备能力，设置相机的图像采集帧数。

6.3相机与镜头的固定

DIC测量时应使用稳定可靠的相机固定系统，固定系统应有足够的自由度可精确调节相机的位置

和姿态（如移动或旋转平台，三脚架等）；固定系统中则应包括适当的相机位置、姿态调节装置（如用

于相机转动的杆或相机平移的移动台）可用于DIC相机的标定；在确定最终位置和姿态后，应锁紧固

定系统上所有的调节部件，防止移动和晃动；对于2D-DIC，固定系统应能实现相机光轴与试样表面保

持垂直；对于3D-DIC，固定相机后应确保能采集到清晰、准确的图像；对于3D-DIC，应能实现将多个

相机刚性的固定在一起，防止相机间发生相互运动；相机的固定系统应具有足够的刚度，减小外界传递

到相机上的振动。

6.4光源和光圈

DIC系统应配备有合适的光源和光圈保证试验过程中的视场有足够的对比度，从而获得清晰的图

像；对于3D-DIC，相机的光圈大小应相同（或尽量接近）。光圈确定后，光照和曝光时间的设置应保证

DIC散斑的明（白色）、暗（黑色）区域的差异明显；光源和光圈的设置应保证图像目标区域内各个位

置上的对比度差异不大，且不随试验的进行发生变化；对于3D-DIC，多个相机的曝光时间应设置一致。

6.5拉伸试样及制备

应按照GB/T228.1确定拉伸试样的尺寸及类型，按照相关产品标准或GB/T2975的要求切取样坯

和制备试样。

6.6DIC散斑制作

应在拉伸试样测试区域的表面制作DIC散斑。若试样测试区域表面有可用于DIC测量的自然散斑，

4

T/CSTMXXXXX-2023

可不制作散斑。散斑的最优尺寸宜为3–5p；散斑应具有足够的随机性，以保证图像不同区域内的散斑

分布具有唯一性；散斑的密度宜为50%（即在测量区域内亮（白色）和暗（黑色）像素所占的面积大致

相同）。如果使用圆形散斑，其密度宜为测量区域的25—40%；应采用哑光的散斑，避免炫光或镜面反

射现象；DIC散斑应厚度均匀、附着性好，与试样变形能保持一致，不影响试样的变形过程；应避免低

质量（如褪色、开裂和脱落）散斑的出现。

6.7拉伸试验机

应按照GB/T16825.1的要求对拉伸试验机的测力系统进行校准，其准确度应为1级或优于1级，

拉伸试验机应能同步输出载荷信号至DIC测试系统中，且二者的数据采样频率应能互相匹配。

7DIC系统的标定

拉伸试验前应对DIC系统进行标定。标定2D-DIC系统的目的是获得图像尺度，即图像中的像素与

试样上某个实际距离的比例，并校正镜头畸变。标定3D-DIC系统，获得相机参数（即图像尺度、景深、

焦距、图像中心、镜头畸变等）和其他参数（即立体角、相机间距、相机到测试对象的距离等）。具体

标定原则和流程应按照附录A执行。

8DIC拉伸试验

8.1试验前的检查

设置DIC图像合适的文件名称、存储位置，根据试验时长和采集频率确认存储空间；根据要求设

置不同试验阶段DIC图像的采集频率；校准拉伸试验机中与DIC图像同步的力学信号和其他测量信号；

确认DIC图像采集触发器的工作状态；打开光源，设置正确的图像曝光时间和采集帧率。

8.2试验加载及数据采集

开始拉伸试验，同时触发DIC图像的采集，观察拉伸载荷变化及图像采集情况，试验结束后停止

图像采集，保存数据，取下试样，关闭试验机。拉伸试验过程应按照GB/T228.1的要求进行。

9DIC数据处理

9.1测试区域

可在散斑图像中选择合适尺寸大小的区域用于数据分析（通常为试样上散斑质量较好的重点目标/

需要分析区域）。

9.2图像参考

9.2.1DIC参考图像

DIC数据处理时应选择一个图像作为参考图像，可选择某一特定时刻的参考图像作为初始图像（通

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T/CSTMXXXXX—2023

常为试验开始前），后续图像数据与该图像进行相关计算，以获得试验过程中测量点随时间的运动或位

移变化。

9.2.2增量参考

在试样变形较大的阶段，可选择相邻的两张图像分别进行相关计算（前一张图像为参考图像），从

而获得试验过程中测量点随时间的运动或位移变化。

9.2.3分段参考

若要对试验中不同阶段的测试结果进行分析和研究，可将整个拉伸过程分为若干个阶段，选择每个

阶段中的特定时刻（通常为该阶段中的第一张图像）作为该阶段的参考图像，并与该阶段后续图像数据

进行相关计算，以获得不同阶段拉伸过程中测量点随时间的运动或位移变化。

9.3图像滤波

对图像进行相关计算之前，可对采集图像数据进行滤波处理（如中值滤波、高斯滤波等方法）来平

滑DIC散斑中的锐利边缘图像，提高计算准确度。

9.4图像插值

为了进一步提高DIC测量图像的像素精度，可选择在质量较差（不清晰、分辨率低）的图像像素

间进行插值处理。

9.5应变测量分析

应在图像中设置虚拟应变片来计算该区域的应变。

10试验报告

试验报告应当包括下列内容：

10.1必要的内容

a）本标准编号；

b）试验样品、试验日期及试验室等信息；

c）DIC系统及拉伸试验机的硬件参数；

d）DIC分析参数、试验尺寸、试验温度等试验条件；

e）DIC软件名称、版本号及制造商；

f）DIC试验结果（位移、应变等）；

g）测定中发现的异常现象；

h）对结果可能已产生影响的本标准中未作规定的各种操作或任选的操作。

10.2可选的内容

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T/CSTMXXXXX-2023

a）DIC标定的参数；

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附录A

（规范性）

金属拉伸试验DIC系统的标定及检验

A.1标定前的系统检查

DIC系统标定前，应该调整DIC测量装置（如物距、立体角等），检验光学系统（光源、焦距、光

圈等）和散斑，以便获得最佳图像。当DIC的测量装置、光学系统发生调整时，应重新拍摄标定图像。

如果对光学系统硬件（相机或镜头）进行任何调整或更换，则必须重新拍摄标定图像。图像检查时应注

意对DIC系统各部分的异常状态进行排查，如表A.1所示。

表A.1DIC标定前的检查

分类内容

固定装置及位置振动或相机位置晃动

相机镜头有灰尘或异物

炫光

图像失焦

相机及光源

光照不均匀

对比度差

过曝光或欠曝光

散斑尺寸不符

散斑散斑缺陷

散斑密度不合理

A.2DIC的标定

A.2.1标定板的选择

应根据DIC软件手册或设备要求选择适当的标定板，并根据要求移动（如静⽌、旋转、倾斜和平

移）标定板进行标定。

A.2.2光源的调整

调整光源保证图像上标定板上特征点的对比度足够大，且没有明显的分布不均匀现象。此外图像上

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T/CSTMXXXXX-2023

标定板所有位置和方向上都应没有炫光现象存在，否则应调整光照及曝光时间。光源的变化（如位置、

光照等）都不应对相机及其固定装置产生干扰。

A.2.3标定图像的采集

根据DIC软件手册或设备的具体要求采集标定图像，提取标定板上的特征信息，采集一定数量的

标定图像，采集的图像应成像清晰、具有较好的对比度且无眩光现象。

A.2.4标定结果的检查

DIC标定后应根据DIC软件手册或设备的具体建议对标定结果进行检查，若存在以下现象则应重

新进行标定：

a）标定后的图像剔除了重要区域或特征；

b）标定后图像中的特征与标定板不符；

c）两个或多个相机（3D-DIC）标定后的图像特征存在显著差异；

d）检查相机间的图像采集是否有不同步或振动现象。

A.3DIC的标定后的检查

DIC系统标定后应对固定装置、光学系统、标定结果进行再次检查，若发现问题需要重新调整光学

系统时，则应重新进行DIC标定。

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T/CSTMXXXXX—2023

附录B

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件起草单位：中国石油集团工程材料研究院有限公司、国家管网集团西部管道有限责任公司、

国家管网集团西南管道有限公司。

本文件主要起草人：杨坤、高雄雄、陈宏远、李为卫、李鹤、池强、尚臣、余东亮、轩恒。

_________________________________

10

T/CSTMXXXXX-2023

目次

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

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

1范围..................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件..............................................................................................................................................1

3术语和定义......................................................................................................................................................1

4符号和缩略语..................................................................................................................................................2

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

6DIC设备选择、调节及试样散斑制作...........................................................................................................4

6.1总则...........................................................................................................................................................4

6.2相机的选择...............................................................................................................................................4

6.3相机与镜头的固定...................................................................................................................................4

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

6.5拉伸试样及制备.......................................................................................................................................4

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

6.7拉伸试验机...............................................................................................................................................5

7DIC系统的标定...............................................................................................................................................5

8DIC拉伸试验...................................................................................................................................................5

8.1试验前的检查...........................................................................................................................................5

8.2试验加载及数据采集...............................................................................................................................5

9DIC数据处理...................................................................................................................................................5

9.1测试区域...................................................................................................................................................5

9.2图像参考...................................................................................................................................................5

9.3图像滤波...................................................................................................................................................6

9.4图像插值...................................................................................................................................................6

9.5应变测量分析...........................................................................................................................................6

10试验报告........................................................................................................................................................6

10.1必要的内容.............................................................................................................................................6

10.2可选的内容.............................................................................................................................................6

附录A（规范性）金属拉伸试验DIC系统的标定及检验...................................................................8

I

T/CSTMXXXXX—2023

A.1标定前的系统检查..................................................................................................................................8

A.2DIC的标定...............................................................................................................................................8

A.3DIC的标定后的检查...............................................................................................................................9

附录B（资料性）起草单位和主要起草人.........................................................................................10

II

T/CSTMXXXXX-2023

数字图像相关（DIC）测试方法第1部分：金属材料拉伸试验

1范围

本文件规定了基于数字图像相关（DIC）金属材料拉伸试验的原理、DIC测量设计、DIC的标定及

试验、DIC图像处理和试验报告。

本文件适用于基于数字图像相关（DIC）金属材料拉伸试验过程中的位移/应变的测定。测试样品为

平面（单一相机）或曲面（至少2个相机），范围尺寸为50mm至100mm，测试过程中应变变化不大于

60%，试验为室温静态或准静态的拉伸。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备

GB/T10623金属材料力学性能试验术语

GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校

准

3术语和定义

GB/T10623及GB/T228.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

数字图像相关digitalimagecorrelation

⼀种基于光学，用于测量和分析力学试验中试样表面散斑的位移变化的测量技术。

注1：二维数字图像相关（2D-DIC）表示试样表面在平面上两个方向上DIC测量⽅法，可分析试验时平面试样表面

的位移、应变变化。该方法可仅使用一个相机测试分析试样。

注2：三维数字图像相关（3D-DIC）表示在试样表面在空间三个方向上的DIC测量方法，可分析试验时曲面试样表

面的位移、应变变化。该方法需使用以不同角度两个或两个以上的相机测试分析试样，3D-DIC有时也称为Stereo-DIC。

3.2

像素pixel

p