Transformer-enhanced end-to-end models for accurate displacement and strain fields in digital image correlation

数字图像相关 计算机科学 端到端原则 人工智能 杠杆(统计) 编码器 算法 光学 操作系统 物理
作者
Xizuo Dan,Haodong Guo,Yawei Hu,Yonghong Wang
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:33 (3): 5191-5191 被引量:1
标识
DOI:10.1364/oe.553602
摘要

This paper presents two end-to-end digital image correlation (DIC) models—D-ST and S-ST—that leverage the Swin Transformer architecture to accurately predict full-field displacement and strain distributions. Unlike conventional DIC methods and existing CNN-based approaches, our models integrate local and global information via window-based and shifted window-based multi-head self-attention mechanisms, enabling robust and precise measurement of high-frequency deformation features. Utilizing a U-Net-like encoder-decoder framework with a multiscale feature fusion strategy, the proposed models address longstanding challenges in capturing complex strain gradients and nonlinear deformation patterns. A custom synthetic dataset, generated using B-spline finite element methods, ensures robust training and improved generalization under diverse and noisy conditions. Experimental results on both synthetic benchmarks and real-world tests highlight that D-ST and S-ST substantially outperform traditional correlation techniques and prior deep learning models, delivering stable, high-fidelity displacement and strain predictions. The approach paves the way for advancing DIC technology, facilitating higher resolution, improved accuracy, and broad applicability in material testing and structural health monitoring.
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