1、DVC原理及其應用小組成員：xxx xxx xxx2016.4.13DVC,全稱Digital Volume Correlation中文名稱數字體圖像相關方法起源：20世紀80年代提出的DIC(數字圖像相關方法)方法具有全場非接觸測量、實驗設備和測量過程簡單、適用范圍廣泛等優點受到了普遍重視和廣泛應用。但是DIC方法只能提取物體表面的變形信息，而物體在受載情況下其內部變形信息和表面變形信息一般是不同的。人們希望能夠得到物體內部的變形信息,于是一種新的方法DVC應運而生。 1999年B. K. Bay等提出了數字體圖像相關方法（Digital Volume Correlation, DVC）,他

2、們用顯微計算機層析攝影（CT）重建了圓柱形松質骨試樣變形前后的數字體圖像，隨后通過跟蹤變形前后體圖像中的相同點來計算各點的3D位移矢量，對位移矢量進行差分獲得3D應變場，他們稱這種物體內部3D變形測量方法為數字體圖像相關（DVC）方法。DVC方法處理的是體成像設備（如顯微CT，激光掃描共焦顯微鏡）所獲得同一物體內部在變形前后的兩幅體圖像DVC方法的基本原理變形前體圖像變形后體圖像DVC方法通過精確跟蹤參考體圖像f(x,y,z)內各離散點在變形后體圖像中的位置來計算各點的3D位移矢量。由于記錄數字圖像灰度范圍的有限性我們無法跟蹤一個體素點的3D位移，為準確跟蹤某一點P(x,y,z)的3D位移，需

3、以該體素點為中心取一立方體小方塊(sub-volume,子體塊)通過跟蹤參考圖像中選定的參考子體塊在變形后體圖像中的精確位置來確定該子體塊中心點的位移分量u,v,w .式中：DVC方法測量物體內部三維變形場的過程可分為三步：(1) 數字體圖像采集：用先進的體成像設備（如顯微CT，激光掃描共焦顯微鏡）獲取被測試樣內部的三維數字體圖像；亞體素：每兩個體素之間在宏觀上看起來是連在一起的，但在微觀上它們之間還是有一定的距離，它們之間還有無限更小的東西存在，我們稱之為亞體素基于梯度的亞體素位移測量算法在實際的變形測量中，當子體塊尺寸足夠小且物體做微小位移時，該子區可看成近似剛體運動，且變形前后同一點的灰

4、度保持不變，此時有式中（1）（2）其中（3）上式中的矩陣A,B僅與各點的灰度和灰度梯度有關，體圖像中各點的灰度值為固定值，因此灰度梯度的算法是關鍵，根據文獻選擇精度最高的Barron算子來計算灰度梯度。對于圖像坐標為（x,y,z）的點，Barron算子計算灰度梯度的具體方法如下：由于DVC方法可以測得物體內部的變形場和應變場，因此在很多科研領域都有應用基于CT 數字體相關法測量紅砂巖單軸壓縮內部三維應變場基于X 射線工業CT 實時獲取單軸壓縮過程中紅砂巖試件的三維數字體圖像，采用數字體相關(digital volume correlation，DVC)法測量、分析受載過程中試件內部三維變形場及

5、應變場。通過位移場和應變場的分析，揭示試件內部應變局部化演變及破壞過程。紅砂巖內部結構可以作為散斑結構，成為變形信息的載體，DVC 法的精度可達0.05 體素；紅砂巖變形破壞中存在明顯的應變局部化特征，在峰值荷載的68.9%時試件內部出現應變局部化區域，并逐漸發展至試件破壞，局部化區域與試件最終破壞面位置相一致。研究結果表明，DVC 法測量結果能夠直觀地反映出試件內部應變局部化特點及其演化的過程，為巖石內部變形可視化提供了方法。工業CT 系統及加載裝置目的 初步構建一套集成顯微CT與力學加載裝置的測試系統，結合數字體相父技術(digital volume correlation，DVC)實現骨

6、組織內部微觀i維變形場的測饋，方法 選用微型力學加載裝置進行申軸眶縮試驗，維持載倚不變的同時對試樣進行CT掃描；采用DVC方法對連續CT圖像序列進行相關匹配和搜索計算測量載荷變化前后試樣內部結構沿三維方向的微觀位移值；通過零位移重復掃描和剛體平移評價該系統的測量精度及準確度；利用該系統測試牛松質骨塊的三維位移場分布。結果 零位移重復掃描結果顯示該系統測量沿加載方向的位移準確度最高，測量精度低于cT掃描分辨率的110；剛體平移結果顯示計算位移標準差為00010002 um；松質骨塊測試區域在600 N載荷作用下沿加載方向的微觀位移范用為1003511025um。位移場呈現多層逐級分布。該系統能夠

7、滿足數字體相關法測量位移的準確度及精度要求，能夠實現骨組織內部微觀結構的三維變形場測量，可以作為進一步研究骨組織內部變形分布與結構成分響應關系的測量平臺。基于顯微CT的骨微觀三維變形場測量系統的研究目的 研究數字體相關(digital volume correlation，DVC)方法測量肺部腫瘤和胸腔隨患者呼吸運動的變形及位移情況的可行性。方法 利用DVC跟蹤胸腔內組織三維運動的算法，通過四維CT成像技術拍攝肺癌患者一個完整的呼吸過程。以吸氣開始為初始狀態，確定腫瘤和胸腔位置，運用DVC軟件，分析初始狀態下肺部4個特征體域在20、40、60、80和100呼吸相位下以及胸腔上4個特征體域在10

8、0呼吸相位下的三維位移值。結果腫瘤的位移和變形的誤差在1 mm以內，胸腔的位移和變形的誤差在05 mm以內；腫瘤在呼吸過程中沿人體豎直方向運動最大，胸腔在吸氣結束時刻沿人體前后方向運動最大。結論 DVC測試技術可用于檢測呼吸過程中肺部腫瘤和胸腔等胸部組織的位移和變形情況。本研究為基于DVC方法實現肺部腫瘤無創、非射線、實時的圖像引導放射治療提供了依據。運用數字體相關方法追蹤呼吸過程中肺部腫瘤和胸腔的運動參考文獻：潘兵, 吳大方, 謝惠明,胡振新. 基于梯度的數字體圖像相關法測量物體的內部變形. 光學學報, 2011(6).潘兵, 吳大方, 郭保橋. 數字體圖像相關法中基于迭代最小二乘法的物體內部變形測量. 實驗力學, 2011(6).百度百科數字圖像毛靈濤, 袁則循, 連秀云,等. 基于CT數字體相關法測量紅砂巖單軸壓縮內部三維應變場J. 巖石力學與工程學報,2015