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07.11.2019 | Research paper | Ausgabe 2/2020

Experimental Mechanics 2/2020

Spatial DIC Errors due to Pattern-Induced Bias and Grey Level Discretization

Zeitschrift:
Experimental Mechanics > Ausgabe 2/2020
Autoren:
S. S. Fayad, D. T. Seidl, P. L. Reu
Wichtige Hinweise
The original version of this article was revised: to include labels on figures 4 and 9 and corrections made to the equations 3,4 and 8.
A correction to this article is available online at https://​doi.​org/​10.​1007/​s11340-019-00567-3.

Publisher’s Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

Digital image correlation (DIC) is an optical metrology method widely used in experimental mechanics for full-field shape, displacement and strain measurements. The required strain resolution for engineering applications of interest mandates DIC to have a high image displacement matching accuracy, on the order of 1/100th of a pixel, which necessitates an understanding of DIC errors. In this paper, we examine two spatial bias terms that have been almost completely overlooked. They cause a persistent offset in the matching of image intensities and thus corrupt DIC results. We name them pattern-induced bias (PIB), and intensity discretization bias (IDB). We show that the PIB error occurs in the presence of an undermatched shape function and is primarily dictated by the underlying intensity pattern for a fixed displacement field and DIC settings. The IDB error is due to the quantization of the gray level intensity values in the digital camera. In this paper we demonstrate these errors and quantify their magnitudes both experimentally and with synthetic images.

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