题目：基于单元网格的DIC方法中的关键问题研究

作为一种简单实用、功能多样的非接触式全场变形测量技术，数字图像相关方法（Digital correlation image, 简称为DIC）通过匹配变形前后散斑图像中的相同像素点来确定图像载体的表面变形场，因而广泛应用于科学研究及实际工程领域。近三十年来，研究人员开发了众多DIC方法，其中最常用的有：基于图像子区的局部DIC和基于单元网格的全局DIC。

在实际变形测量过程中，由于计算参数和实验环境的影响，全局DIC方法会受到多方面的挑战，从而揭示出几项关键性的问题有待解决。因此本文在测量精准度和计算效率两方面提出相应的改进措施和解决方案，并采用单向拉伸真实实验分析其有效性和实用性：（1）使用零均值归一化最小平方距离准则（ZNSSD）评价变形前后图像的灰度相似度，从而使得DIC方法对于照明光强波动不敏感；（2）采用窗口尺寸为5×5像素的高斯预滤波技术对图像进行平滑处理，从而减少包含在位移结果中的系统误差；（3）通过比较不同的位移初值估计策略和收敛条件对测量精度和计算效率的影响，对这两项计算参数的选择给出合理的建议。实验结果表明，本文提出的几项解决方案能够有效地提高位移精准度和计算效率。

此外，当前多数研究者都只关注局部和全局DIC方法的算法改进以及应用推广，很少致力于这两种DIC方法的计算性能的详细比较，这无疑成为DIC领域中一项迫切而重要的研究任务。本文从理论和实验两方面详细比较了局部和全局DIC方法的位移精准度和计算效率的优劣。首先，本文分析三种DIC方法（局部DIC、全局Q4-DIC和全局Q8-DIC）的位移误差的理论表达式。随后，本文为三种DIC方法设置了相同的算法细则和计算参数，并采用多组数值模拟实验和真实实验，详细比较三种DIC方法的测量误差和计算效率，并与理论位移误差相比较以验证其一致性。实验结果表明：（1）在形函数匹配的情况下，采用较大单元或子区时，局部DIC的位移精准度优于全局DIC，同时与理论分析的结果保持一致；此外，采用较小子区或单元时，全局DIC开始显示出比局部DIC更优的位移精准度。（2）在形函数欠匹配的情况下，采用相同阶数的位移形函数时，局部DIC的位移精准度优于全局DIC。（3）局部DIC的计算效率高于全局DIC，近似为后者的5-25倍。