項目背景

養(yǎng)殖網箱作為漁業(yè)生產的重要裝備，其性能與壽命直接影響著漁業(yè)的經濟效益和可持續(xù)性。在臺風/洋流中漁網局部變形超限會導致結構失效，基于變形監(jiān)測的網衣更換策略可明顯延長使用壽命。然而，傳統(tǒng)的人工測量方法效率低下，且難以在水下隔水條件下實現(xiàn)高精度測量。

新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)，作為一種非接觸式的變形與位移測量方法，近年來在材料科學、土木工程、航空航天等領域大放異彩。那么，DIC能否在隔水介質環(huán)境中成功應用，克服水介質折射、水體擾動降低圖像對比度的干擾，實現(xiàn)漁網位移的精確測量呢？

挑戰(zhàn)：隔水精確測量的難題

水下測量面臨兩大核心挑戰(zhàn)：

1、隔介質觀測：無法直接接觸被測物體，需通過光學測量系統(tǒng)（如隔玻璃介質/水下攝像頭）間接獲取圖像。

2、環(huán)境干擾：水體折射、厚玻璃折射、光照不均等都會影響圖像質量，進而影響測量精度。

傳統(tǒng)方法如激光位移傳感器或應變片往往無法在水下穩(wěn)定工作，而DIC技術憑借其非接觸、高精度、高適應性的特點，成為解決這一難題的理想選擇。

核心挑戰(zhàn)應對-DIC技術測量方案

玻璃介質與光學窗口：玻璃介質解決了設備防水的核心問題，為DIC測試提供了安全可靠的環(huán)境。

成像質量：使用高分辨率相機、合適的鏡頭和較長的曝光時間，來解決水下漁網觀測光線不足問題，確保獲取高質量的散斑圖像。

光學畸變校正：實驗前對玻璃介質觀測引起的畸變進行標定，防止玻璃與水的折射引入巨大的測量誤差。新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)采用光學畸變校正算法進行標定，提前修正進行原點校準，可以很好地解決介質與折射效應問題。

測量精度：以上應對方案，確保了DIC算法能夠以極高的亞像素精度追蹤散斑點的運動，從而保證實現(xiàn)精確的位移測量。

隔介質環(huán)境DIC測量介紹

新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)，適用于多介質環(huán)境測量（高低溫/水下/反射鏡/真空）。

問題：圖像失真被分解為兩個組成部分——折射失真和透鏡失真

傳統(tǒng)DIC校準模型無法準確校正來自兩種不同光路的折射畸變：

空氣→玻璃→空氣

空氣→玻璃→水→玻璃→空氣

解決方案：通過精確地確定相機的固有矩陣、外部矩陣和變形參數(shù)，對透鏡的畸變進行修正，實現(xiàn)通過厚玻璃窗成像甚至對水下漁網進行成像時，可進行精確的數(shù)字圖像相關（DIC）測量。

水下漁網位移測量應用

1、實驗設計

為了模擬真實水下環(huán)境，模擬水體流動環(huán)境，設計了相似模型實驗：

被測對象：一塊標準漁網樣本網片。

水槽環(huán)境：一個玻璃構筑的水槽，可模擬不同水流條件。

2、DIC測量設備

XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)

控制水流與光照的環(huán)境模擬系統(tǒng)

在漁網表面貼上隨機散斑圖案（或利用自然紋理）。

通過DIC相機連續(xù)拍攝漁網在受力或動態(tài)環(huán)境下的圖像。

利用DIC算法匹配圖像對之間的特征點，計算每個像素點的位移向量。

分析關鍵部位變形曲線、變形趨勢等參數(shù)。

3. 水下DIC技術應用的特殊處理

為克服水下圖像質量差的問題，實驗前采取以下措施：

圖像增強：使用圖像預處理算法（如對比度增強、去噪濾波）提高圖像質量。

多幀融合：通過多幀圖像疊加，減少水體晃動和光照不均的影響。

動態(tài)標定：在實驗前對DIC系統(tǒng)進行畸變修正的標定，確保測量基準準確。

4. 實驗過程與結果

靜態(tài)加載實驗：在水下固定漁網，施加不同重量的靜態(tài)負載，觀察位移變化。

動態(tài)波浪模擬實驗：在水槽中制造波浪，實時記錄漁網的動態(tài)變形。

三維重建：結合DIC相機采集圖像與DIC軟件解算分析，實現(xiàn)漁網三維位移場的可視化。

DIC技術測量結果：

位移精度：可達到亞像素級（0.01像素），對應實際位移誤差小于0.1mm。

變形分布：清晰呈現(xiàn)漁網邊緣與中部的位移差異，驗證了DIC對復雜變形的捕捉能力。

三維可視化：通過DIC軟件生成的彩色位移圖與變形云圖，直觀展示漁網在水下的形變趨勢。

關鍵點位移分析曲線

在漁網上選取3個關鍵節(jié)點（如角點、交叉點、邊緣中點等），記錄其在實驗過程中的位移變化。以下是典型節(jié)點的三維位移分析曲線：

節(jié)點位移曲線：

時間/幀數(shù)：橫軸，表示實驗進程。

位移（mm）：縱軸，表示節(jié)點在X、Y、Z方向的位移。

曲線特點：呈現(xiàn)明顯波動變形趨勢，受水流影響明顯，Z方向位移（垂直于網面）最大。

節(jié)點曲線特點：漁網位移隨呈周期性振蕩，可視化反映漁網不同位置、不同節(jié)點受水流波動影響的位移情況。

dic技術應用與實驗價值

新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)，通過厚玻璃窗成像甚至對水下標本進行成像時，采用光學畸變校正標定，直接獲取被測物在真實服役環(huán)境中的全場變形行為，為極端環(huán)境裝備的設計驗證、性能評估、安全保證和失效分析提供關鍵數(shù)據支撐，是推動相關領域技術進步的重要實驗手段。