面向飞行器的高温数字图像相关方法研究现状及展望

宫文然 丁可欣 王晓晖 邵新星 高飞

（1 北京强度环境研究所，北京 100076；2 东南大学土木工程学院，南京 211189）

0 引言

高马赫飞行器具有飞行高度高、速度快以及良好的机动性等特点，是当前和未来航空航天技术重要的发展方向[1]。此类飞行器在真实飞行服役环境下，内边界层分离、激波及气体加热等效应可能导致飞行器面临严酷的气动热、气动噪声、气动力与机械振动等耦合载荷环境，气动力、弹性力、惯性力以及热效应之间的相互作用将极其显著[2-3]，即气动-热-结构相互耦合问题非常突出，这给飞行器的结构设计和试验验证提出了极大的挑战。因此，研究在高温环境下热载荷和机械载荷共同作用下的飞行器热结构的变形规律对于飞行器的安全和可靠性十分重要[4]。

传统飞行器结构高温变形测试技术大致可分为接触式和非接触式两大类[5]。接触式变形测量方法主要包括高温应变片、高温引伸计、高温传感器等，在高温条件下存在测量精度不高、难以直接承受严酷环境、安装工艺要求高等问题[6]。非接触式变形测量方法可以在不改变待测试件表面力学性能的基础上测量高温变形。非接触式变形测量方法主要包括电子散斑干涉法、云纹干涉法、数字图像相关方法等[7]。电子散斑干涉法和云纹干涉法尽管测量精度较高，但是对于环境的要求较为苛刻，在高温条件下使用较为困难[8]，而数字图像相关方法作为一种非干涉全场光学测量方法，具有测量范围广泛、对测量环境要求低、试验操作简单、测量精度高等优点，已然成为应用最为广泛的高温变形测量方法。

本文从数字图像相关方法的原理与技术现状出发，重点阐述了高温环境下该方法在力热参数测量方面的技术难点和未来发展趋势，旨在为飞行器研制过程中力热参数获取提供可持续发展技术路线。

1 数字图像相关方法基本原理

数字图像相关方法（Digital Image Correlation Method, DIC）是一种基于数字图像处理的非接触式光学测量方法。DIC 方法的基本原理是利用试件表面的自然纹理或人工制造的随机散斑场作为信息载体，通过相机拍摄采集试件表面特征区域变形前后散斑场的变化，再采用相关函数进行搜索计算从而得到试件的位移与变形信息[9]。DIC方法计算原理示意图如图1 所示[10]。

图1 DIC 方法计算原理图[10]Fig.1 Schematic diagram of DIC method calculation[10]

图1中左图为参考图像，即变形开始前相机所拍摄得到的原始图像，右图为变形图像，即变形发生后相机所拍摄到的图像。将计算区域划分为若干个计算子图像，计算子图像为以待算像素点P（x0,y0）为中心的（2M+ 1） ×（2M+ 1）大小的像素矩形（M为子图像半宽），变形后在变形图像中采用适合的相关函数寻找与参考子图像的互相关系数为极值的区域，即以为中心的变形子图像，经计算便可得到待算像素点在x与y方向上的位移u与v。

在DIC 方法中，一般采用一阶形函数描述参考子图像与变形子图像中任意一点（x,y）与（x′,y′ ）的关系

定义两幅图像子区的相关函数一般采用抗干扰性较好的归一化最小平方距离相关[11]函数CZ N S S D

式中，f（x,y）与g（x′,y′ ）分别为参考子图像与变形子图像的灰度值；fm与gm分别为参考子图像与变形子图像的灰度平均值。

常用的 DIC 方法有二维数字图像相关（2D-DIC）与三维数字图像相关（3D-DIC）方法。2D-DIC 方法是利用单个相机拍摄物体表面的散斑图像进行分析计算，而如今应用场景更广泛的3D-DIC 方法则是通过两台不同拍摄角度的相机采集相同场景的图像，其基本原理如图2 所示[12]，图中待测物点P分别成像于左相机焦平面上的P1和右相机焦平面上的P2，O1和O2分别为左右相机的光心。根据小孔成像原理，用标定靶对两个相机位置进行标定，获取相机的固有参数和非固有参数。所谓固有参数是根据小孔成像原理对相机图像的描述，其参数分别为焦距f、主点C 的位置坐标、径向畸变量。非固有参数即在标定靶所在坐标系中相机的位置参数，包括平动参数和转动参数。根据所获取的两个相机的内外参数确定待测物点P分别在左右相机焦平面的位置，即P1和P2的位置坐标。由于P点位于P1O1和P2O2的延长线的交点上，P点位置可以根据P1和P2的位置确定，变形后试件表面的P′点的位置能够以相同的方式得到，所求的三维变形量即是P点与P′点空间坐标的差值。

图2 3D-DIC 方法基本原理示意图[12]Fig.2 Schematic diagram of the basic principle of the 3D-DIC method[12]

2 高温环境下数字图像相关方法研究现状及发展趋势

1990 年，Turner J L 等人[13]首次在高温环境下应用了DIC 方法，其对600℃下三种金属的位移、应变和热膨胀系数进行了测量；1996 年，Lyons J S 等人[14]在650℃高温环境下对试件开展了热膨胀试验和均匀拉伸试验，应用DIC 方法测量了试件的全场面内变形，得到了较为精确的测量数据。在早期的研究中，DIC 方法就显示出了在高温下测量全场变形的巨大潜力，但高温环境下DIC方法如何保证和提高测量精度存在诸多技术难题，比如气动热、气动力导致的气动光学效应下的图像退相关、图像抖动、模糊及视线偏移，高温下变形载体制备难度大、力热解耦困难以及特殊场景下光路遮挡受限等问题。近些年由于广大学者与研究人员的关注，该法已得到了长足的发展。

2.1 高温导致图像退相关改进方法的研究现状及发展趋势

在高温环境下许多材料会产生强烈的可见光，造成材料表面的灰度特征发生变化，这会对采集到的散在匹配过程中发生错斑图像质量造成影响，出现严重的退相关现象，导致误造成测量精度降低，因此，降低热辐射导致退相关现象的影响从而提高变形测量精度对于高温DIC方法至关重要，为改善高温退相关现象，研究人员主要从窄带滤波获取图像和改进算法两个角度对DIC方法进行了改进。

Lyons J S 等人在早期研究中提出了两种解决思路：一是提高照明设备的亮度，但当温度达到700℃左右时，会因物体亮度过大而无法得到准确的测量数据[14]；二是采用短波长的带通滤波器，辅以相关带通波长的照明光源的方式，由于在高温下短波长的辐射强度远远低于较长波长，因此采用短波长的带通滤波器可以有效的阻挡高辐射强度的较长波长光波，而采用相关照明光源是为了方便调整采集图像的亮度。许多学者基于Lyons J S 的解决思路开展了大量的研究改进工作，表1 为常规图像采集方法与窄带滤波图像采集方法对比。Grant B M B 等人[16]提出了一种采用蓝色滤光片和单色相机结合的方法来抑制黑体辐射的干扰，通过对比试验发现该方法能够明显提高散斑图像的采集精度，并准确测量到1000℃时镍基合金的弹性模量和热膨胀系数；潘兵等[17]人设计了一套窄带通光学滤波成像系统，并使用该系统开展了1000℃高温下铬镍奥氏体不锈钢的热变形试验，结果表明该系统能够有效的阻挡波长较长且辐射强度高的光波进入相机靶面，在高温环境下拍摄到了高质量的数字图像；苏兰海等[18]设计了一套光学处理系统，系统包括532nm的面振激光、窄带滤波和可调式衰减片，并使用该系统开展了1000℃高温下钢板热变形场的测量试验，试验结果表明该系统能够应用于高温条件下物体位移与变形的测量。而研究发现进一步采用紫外线滤波的方式能够阻挡大部分辐射，Berke R B 等人[19]建立了一套采用紫外线照明、紫外线滤光片与紫外线相机的DIC 测量系统，称为UV-DIC，并且在较高温度下与传统白光照明DIC 系统、过滤蓝光的DIC 系统进行了对比，结果表明在更高的温度下，UV-DIC 系统仍然能够准确的测量物体的位移与变形；俞立平等人[20]建立了采用高亮度单色光照明（蓝光/紫外照明）和带通滤波成像（蓝色/紫外滤波片）相结合的基于主动光学成像技术的单相机高温三维数字图像相关测量系统，该系统经过试验验证能够降低高温产生的热辐射干扰，两种方式均得到了准确的物体热变形参数。Thai T Q 等人[21]研究了在高温环境下不同曝光时间对UV-DIC 系统测量结果的影响，结果表明在中等曝光时间下的测量误差最小，在两极时误差会突然增大，并根据研究结果提供了一种归一化指标。

表1 图像采集方法对比Table 1 Comparison of image acquisition methods

在高温环境下除了对试验系统进行优化设计以外，改进相关搜索算法也能够降低退相关现象所带来的测量误差。

有学者[22]将增量可靠性引导数字图像相关（RG-DIC）技术与参考图像自动更新方法相结合，开发了一种用于大变形测量的数字图像相关技术；也有学者[23]针对DIC 方法提出了一种在实参数遗传算法中添加模拟退火突变过程和自适应机制来搜索变形后的相应子集的混合遗传算法；郑成林[24]提出了一种数字图像相关的改进方法，该方法采用Tikhonov 正则化方法计算图像灰度梯度，通过反向组合高斯-牛顿（IC-GN）算法计算图像亚像素位移，能够增强算法在实际测量中的噪声鲁棒性；宋金连[25]提出了基于改进反向组合高斯-牛顿（IIC-GN）算法的退相关严重散斑图的初值估计方法，该方法能够使相关系数低的计算点通过相关系数高的计算点所建立的模型估计，减少了搜索过程中搜索误差大或者搜索错误的计算点。尽管优化算法能够提高测量精度，但当测量物体的温度达到600℃时，采集图像的亮度整体增强，对比度下降严重，产生严重的退相关效应[17]，如图3 所示，此种情况任何算法都难以进行分析，因此，仅仅依赖算法来改进高温导致的图像退相关现象存在一定的局限性。在一般材料级试验中，其方法可解决大部分热辐射影响问题。然而在飞行器部段级或整弹级热试验、热风洞试验等工程应用场景中，由于试验环境复杂，加热方式引起的环境光变化较大，单一的通过窄带滤波等方法无法完全解决图像退相关问题，有时还需要进行图像灰度实时检测和曝光调节，同时还要配合深度学习或其他有效图像处理算法对图像进行计算前的预处理，才能真正实现该技术在工程场景的应用。

图3 普通光学成像系统采集的不同温度试件表面图像[17]Fig.3 Surface images if specimens at different temperatures collected by ordinary optical imaging systems[17]

因此，针对“退相关”这一问题，除了继续发展基于采集硬件改进的高对比度图像获取技术，还要发展各种图像处理算法，根据大量真实热试验过程中获取的图像信息，构建热图像数据库，进而建立图像修正算法库。上述两方面相互配合协调发展，才能更好的解决热辐射干扰问题，尤其是适用于工程现场环境的热辐射干扰问题。

2.2 热流扰动消除方法的研究现状及发展趋势

热流扰动是由于在高温环境下试件周围空气温度分布不均匀导致的。热流扰动会影响成像系统的图像采集，试件周围温度不均匀的空气分布会导致空气的折射率发生变化，造成图像拍摄失真或抖动模糊而造成测量精度大大降低。在消除热流扰动方面，研究人员同样开展了大量的研究，包括改进试验系统、优化相关算法、改变加热方式等。

Novak M D 等人[26]为了减少热流扰动对测量结果的影响，在试件与相机之间安装了气刀，经过1500℃高温试验验证，该方式能够显著降低热应变的测量误差；段淇元等人[27]针对高温炉外热气流，采用空气循环系统使高温炉观察窗与相机镜头之间的空气均匀流动，如图4 所示，消除了高温炉外热气流所造成的影响，提高了测量结果的准确性；鲍思源[28]提出了一种基于彩色相机能够消除热流干扰误差的变形测量系统，通过彩色相机提取测量结果中的热流扰动误差并建立数学模型，利用数学模拟对试验结果进行修正；吴大方等人[29]采取在石英灯周围安装轻质耐高温隔热板和柔性隔热毡的方法形成密闭空腔，在试验件受热面周围安装石英玻璃框，和在相机与试件间加装隔热透光通道的方法降低了热流干扰的影响，采集到了高质量的散斑图像，如图5 所示。尽管许多学者对试验系统采取了不同的改进方式，但单单凭借加装外部硬件的方式很难完全消除热流扰动造成的影响。

图4 高温试验系统[27]Fig.4 High temperature testing system[27]

图5 热流扰动抑制措施示意图[29]Fig.5 Schematic diagram of heat flow disturbance suppression measures[29]

通过对相关算法的优化也可以降低热流扰动的影响，有学者[30]提出了可以最小化热流扰动影响的灰度平均技术，并且在高温散斑图像中引入了扰动系数，研究了热流扰动对变形测量精度的影响程度；陈登旭[31]通过加装外部硬件和优化算法相结合的方式，采用热流风机与灰度平均方法降低了热流扰动的影响。此外，采用真空室、长曝光时间[34-35]、折射误差校正[36]等方法也可以降低热流扰动的影响，文献[33]建立了一套带有真空设备的高热通量的试验平台，并在观察窗处引入了水冷系统，有效的消除了热流干扰；Doitrand A 等人[34]将曝光持续时间增加到4 秒，每张图像为几百个瞬间的平均值，降低了热流扰动造成的测量误差；文献[36]建立了带有误差校正因子的理论校正模型，并与存在折射效应的未校正结果进行了对比试验，结果表明理论校正模型能够有效降低折射误差。

试件的加热方式对热流扰动同样存在较大影响，传统的高温炉中试件、窗口、相机之间的空气会导致较为严重的热流扰动，选择可以抑制气体对流的加热方式被证明是有效的解决方案，比如采用红外加热[37]、激光加热[38-39]、直接欧姆加热[16]、电磁感应加热[40]等方式。潘兵等人[37]设计了一套具有红外辐射加热装置的瞬态气动热试验模拟系统，能够精准快速的控制温度加载，加载上限可达1300℃；Novak M D 等人[38]开发了一种激光加热设备，成功加载了1500℃的高温；Grant B M B 等人采用了在试件上施加直流电的方式进行加热，试件两端使用水冷式夹具进行固定，Berke R B[40]等人在试件周围缠绕线圈，通过电磁感应的方式对试件进行加热，最高加热温度接近材料的熔点。

表2列举了文献中抑制热流扰动的试件加热方式。在材料级试验中，三种方法均可以改善热气流扰动的影响。然而在地面热试验、热风洞试验甚至飞行试验中热气流扰动大量存在，主要体现在气动光学效应对图像质量的影响，该影响在工程试验或飞行试验中很难通过硬件方法减小，发展图像处理算法是一种较好的技术发展路线。根据大量真实热试验过程中获取的图像信息，将受热气流影响的图像与基准图像进行配准后，根据图像差建立多尺度分析图像校准算法库，实现图像各部分不同尺度高精度修正。累积大量真实试验图片，并建立不同尺度图像修正算法库，是解决热气流扰动问题的一种行之有效的方法。

表2 抑制热流扰动的试件加热方式Table 2 Heating method for suppressing heat flow disturbance of specimens

2.3 高温环境散斑制作的研究现状及发展趋势

采用DIC方法开展变形测量试验需要在试件表面生成随机灰度分布的散斑涂层，散斑涂层作为DIC 测量中的变形载体，其制备质量影响和制约了DIC 测量方法结果的一致性和准确性。现阶段散斑制备一般有三种方法：1）人工在试件表面喷涂黑白漆获得随机分布的散斑图像[41]；2）直接采用试件表面本身的自然纹理；3）采用激光照射利用试件表面的漫反射形成激光散斑[42]。

人工制斑的方式目前较为常用，但是在高温环境下一般的制斑喷漆材料和喷涂工艺可能会导致散斑氧化脱落、对比度降低等现象的出现，造成采集图像的精度降低甚至失真，因此如何在高温环境下保证散斑图案的质量十分重要，许多学者在这方面也开展了大量的研究。王翔采用在试件表面镀银的方式制备了高温散斑，并经受住了950℃的高温；秦强等人[44]认为应选取与试件材料热膨胀系数差距不大的高温喷漆材料，否则可能会因为热膨胀系数的差异导致散斑脱落，其采用了等离子喷涂的方式将耐高温材料金属钨喷涂在试件表面，如图6 所示，散斑在2600℃高温条件下仍能稳定存在；研究人员[45]研制了适用于大变形的高性能耐热涂层材料，该材料能够耐受1100℃的高温；段淇元等人[27]基于参数化模版，研发了一种可以调整散斑颗粒大小、分布密度和分布随机度的高温散斑制作工艺，并且以C-SiC复合材料为基底制备出了能够耐受1200℃的高温散斑；杨娇[46]将耐高温无机胶与氧化亚钴按照一定比例进行混合后使用高压喷枪喷涂在待测截面上，制备了可耐1250℃的散斑。

图6 高温散斑喷涂示意图[44]Fig.6 Schematic diagram of high-temperature speckle spraying[44]

激光散斑可以用于高温环境，不会受到试件表面温度的影响。王德普[47]对激光散斑应变仪进行了改进，使其能够在高温下测量变形，经试验验证，该仪器在300℃仍可靠；Anwander M 等人[48]开发了一种激光非接触式应变传感器，并使用该传感器开展了高温拉伸试验，该传感器成功在1200℃的高温环境下测量到了准确的热应变与机械应变。尽管激光散斑在高温下不存在人工制斑可能会出现的氧化脱落问题，但却会受到高温背景辐射和热流扰动的影响，导致散斑图像发生畸变，出现退相关现象，测量高温三维变形较为困难，且激光散斑的处理较为复杂，该技术仍有待进一步的研究。戴利霖[49]开发了一种基于主动激光双侧照射成像的激光散斑检测装置，制定了强背景辐射与热流扰动影响的抑制方法，并证明其装置在1700℃高温环境下能够完成变形检测。

目前，人工散斑制作以喷涂工艺为主，虽然能满足耐高温要求，但无法保证散斑制作一致性以及标准化制作问题，对测量精度产生一定影响。激光散斑耐温有限，无法完全满足热结构试验过程中力热参数测量需求。而随着飞行器抗氧化涂层工艺的发展，结合涂层制备与激光蚀刻工艺，将计算机优化设计的数字散斑场复刻到试件表面制成散斑涂层，散斑涂层与抗氧化涂层的性能指标一致，该方法可以解决散斑耐温性、结合力、稳定性以及标准化制作问题，是未来高温环境下散斑制作技术的主要发展方向。

2.4 热解耦技术的研究现状及发展趋势

在实际服役中的飞行器受到瞬态变化的气动热载荷作用，热结构热响应分布与稳定温变不一致，使得热结构表面温度分布不均匀且与环境温度不一致。由于数字图像相关方法测量的是被测物表面形变而引起的变形，这里面既包含热膨胀引起的变形又包含力引起的变形，在对应求解应变时，热膨胀虽然引起变形但不产生应变，这就意味着数字图像相关方法无法分离出热膨胀引起的虚应变及力产生的机械应变，这就需要同步发展非接触式测温技术，与数字图像相关方法进行相结合，进行热解耦，分离计算出实际需要的热机械应变。

Bodelot L 等人[50]采用了滤光镜将红外辐射与视觉辐射分别分离透射到红外相机与CCD 相机中，首次在微观尺度上进行了完全耦合的全场变形与温度场测量。但这种采用工业相机与红外热像仪分开测量变形场与温度场的试验系统，面临着两组数据坐标不一致的问题，需要将测量的温度信息与变形信息的坐标转换至同一世界坐标系下。因此，如何同步测量变形场与温度场受到了研究人员的广泛关注，Cholewa N 等人[51]开发了一种红外热成像与三维DIC 方法的集成系统，可以实现温度和位移的空间、时间分布的同步测量，并使用标准针孔立体校准模型，开发了一种用3D-DIC 技术校准红外热像仪的新技术；也有学者[52]设计了一种红外相机与普通相机的同步校准方法和红外图像与普通图像的匹配方法，实现了测量区域内温度场与应变场的精确对应。宫文然[53]等人结合红外测温与DIC 方法，建立了温度/变形场耦合测试方法，并除去虚应变得到了机械热应变，研究了典型薄壁结构热屈曲行为特点，图7 为测试系统示意图。

图7 温度/变形场耦合测试系统[53]Fig.7 Temperature/deformation field coupling testing system[53]

采用单个彩色相机同步测量变形场与温度场，不需要对两组数据进行坐标转换。Maynadier A等人[54]提出了一套红外图像相关（IRIC）系统，并设计了一种可以被识别为散斑图案的特殊涂层，该系统仅使用单个红外相机能够同时测量变形场与温度场。

在温度场与变形场同步非接触式测量技术领域，目前大部分工作集中在利用不同类型相机进行不同物理量测量上，不同类型的相机往往存在相机分辨率不匹配，无法真正实现温度场与变形场一一映射对应。利用彩色相机分通道进行温度场与变形场同步测量，虽然能实现不同物理量场一一对应，但该方法的温度场测量精度受制于比色测温的精度，无法满足高精度测量需求。在发展与数字图像相关方法相结合的温度场/变形场同步测量技术时，可以与目前先进的非接触测温技术相结合，例如：基于激光诱导磷光测温方法和基于辅助光源调制测温法等，同时从多相机测量向单一、单个相机测量的方式转化，最终实现高精度多物理量场一一映射对应的温度场/变形场同步测量技术。

2.5 用于高温测量的单相机3D-DIC 研究现状及发展趋势

对于材料级试验，高温环境下DIC 测量受观测窗口尺寸的制约；对于部段级或整弹级热试验，需要避免从加热器包围遮挡的外部测量方式，从而转向从结构内部测量方案；对于飞行试验，DIC测量不但受观测窗口限制且要求该方法向小型化、集成化设备转化。对于上述问题，需要减少数字图像硬件成像系统的体积和相机数量的同时满足三维测量要求，即搭建单相机3D-DIC 系统取代传统双相机3D-DIC 系统。潘兵等人[55]对单相机3D-DIC 搭建方法进行了总结，共有4 种光路设计方法，分别为：1）基于衍射光栅的单相机系统，该系统适用微小物体的测量，测试面积不超过视场面积的1/3；2）基于双棱镜的单相机系统，该系统的视场范围由双棱镜尺寸和工作距离共同决定，测试面积不超过视场面积的1/2；3）基于平面镜的单相机系统，该系统通过四个平面镜不同位置摆放使得同一个物体在相机平面呈两个像，取代传统三维数字图像相关系统中用两个相机呈两个像，达到三维测量的目的。该系统的测量范围与传统三维数字图像相关系统测量无异，测试面积不超过视场面积的1/2；4）基于彩色3CCD相机的全画幅单相机系统，该系统需要彩色分光仪并结合彩色3CCD 相机，通过不同颜色分通道采集图像达到三维测量目的，该系统的测量范围与传统三维数字图像相关测量系统无异，测量面积可以同视场面积一致。

单相机3D-DIC 测试技术已经在常温静力试验和试验中得以应用，在高温试验中，已经形成了能与高温炉配合使用的高温单相机3D-DIC 测试系统，能够进行材料级高温试验。吴立夫等[56]人采用正射投影-单相机3D-DIC 方法，测量了TBC 室温至1000℃的热力变形场；还有学者[57]设计了一套低成本、便携和高分辨率单相机立体数字图像相关系统，该系统采用了一台高分辨率单反相机和一个四镜片适配器，且集成了单色蓝色照明和带通滤波器，成功开展了铝陶瓷板和不锈钢板的高温变形试验；Nickerson E K 等人[58]将DAIC 与UV-DIC 相结合，DAIC 采用两个衍射光栅使得单个相机能够进行立体成像，UV-DIC采用紫外线灯与滤光片能够有效屏蔽高温热辐射，二者结合的UV-DAIC 技术提供了一种低成本、简单的在高温下测量三维变形的方法。北京强度环境研究所联合东南大学研制了能够应用于舱段级热试验局部蒙皮内部应变场测量的单相机3D-DIC 设备，如图8 所示，该设备把高温单相机3D-DIC 测试系统进行硬件集成，并进行防隔热一体化的紧凑设计，该设备本身可置于600℃高温环境[59]。

图8 耐高温单相机3D-DIC 样机[59]Fig.8 High temperature resistant single camera 3D-DIC prototype[59]

单相机3D-DIC 方法除了减少相机使用数量从而降低工程使用成本以外，在工程应用方面还具有集成设备后体积比双目3D-DIC 体积小，方便调节和标定等优势。目前，把单相机3D-DIC测试系统集成化、使其成为小体积能够适用于狭小空间测试环境是该技术方向未来发展趋势。

3 结论

1）面向更高环境温度的测量，减小气动光学效应的影响，除了从向更短和更窄滤波波段选择获取清晰稳定数字图像外，发展结合深度学习的图像处理算法和建立典型热环境下的图像数据库和图像修正算法库，是未来发展的方向。

2）针对耐高温变形载体制备问题，与飞行器抗氧化涂层制备工艺一起发展，再结合数字散斑优化设计和激光刻蚀工艺，形成耐高温标准化散斑制作方法，是未来高温环境下散斑制作技术的主要发展方向。

3）针对热解耦问题，需要发展多物理量一体化测量方法，即从不同类型相机、多个相机测量多个物理量的方法逐渐向单一类型或单个相机测量多个物理量三维测量方法过渡，在此技术路线发展过程中可结合光谱分离、光谱波段优选等技术，目前，比较热门的技术方向为基于发光涂层的多物理量一体化测量方法和多光谱多物理量一体化测量。

4）针对特殊场景测量问题，使DIC 测试方法由测量系统向DIC 测量设备发展转化，尤其是向小型化集成化设备转化，是DIC 测量方法未来发展趋势。结合温度场/应变场同步测试技术、非接触式温度场测试技术、耐高温传像技术等，未来可以研发一系列面向地面试验、遥测等进行高温应变场、温度场、温度场/应变场同步测试不同类型的单相机小型化3D-DIC 设备，扩大数字图像相关方法在舱段级或整弹级地面试验或飞行试验中的应用范围，从而为获取更多有效试验数据提供技术支持。