Strategy for Crack Width Measurement of Multiple Crack Patterns in Civil Engineering Material Testing Using a Monocular

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REVIEW ARTICLE

Strategy for Crack Width Measurement of Multiple Crack Patterns in Civil Engineering Material Testing Using a Monocular Image Sequence Analysis F. Liebold1 · H.‑G. Maas1 Received: 11 September 2019 / Accepted: 4 February 2020 © The Author(s) 2020

Abstract An image sequence analysis procedure is developed to quantitatively analyze complex multiple crack patterns in tension tests of fiber-reinforced composite specimens. Planar textured surfaces of such specimens can be observed with a monocular image sequence using a camera of suitable spatial and temporal resolution. Due to the narrow crack paths, a dense high-precision displacement vector field is computed applying least-squares image matching techniques. Some uniformly distributed matching points are triangulated into a mesh. To measure deformations, principal strains and crack widths are computed for each face. Stretched triangles presumably containing one or multiple cracks are subdivided into three new triangles in order to densify the mesh in critical regions. The subdivision is repeated for some iterations. The crack width computation of the triangles requires at least three vertices and its displacements. Due to the dense displacement vector field, there are more points available. In this paper, an algorithm for the crack width computation in a least-squares fit is presented. Keywords  Crack width · Multiple crack pattern · Deformation measurement · Triangle mesh Zusammenfassung Strategie zur Rissbreitenmessung multipler Rissstrukturen in monokularen Bildsequenzen bei der Materialprüfung im Bauwesen Zur quantitativen Untersuchung komplexer multipler Rissmuster in Dehnungsversuchen mit Probekörpern bestehend aus faserbewährten Kompositen wird eine auf Bildsequenzanalyse basierende Methode vorgestellt. Planare, texturierte Oberflächen solcher Probekörper können mit monokularen Bildsequenzen unter Nutzung einer Kamera mit geeigneter räumlicher und zeitlicher Auflösung beobachtet werden. Aufgrund der engen Risspfade wird ein dichtes, hochgenaues Verschiebungsvektorfeld mit der Punktverfolgungstechnik der Kleinsten-Quadrate-Anpassung berechnet. Eine gleichverteilte Auswahl der verfolgten Punkte bildet eine ausgedünnte Punktmenge, mit Hilfe derer ein Dreiecksnetz bestimmt wird. Um Deformationen zu messen, werden Hauptdehnungen und Rissbreiten für jede Facette berechnet. Gedehnte Dreiecke, die möglicherweise von einem oder mehreren Risse durchlaufen werden, werden in 3 neue Dreiecke unterteilt, um das Netz in kritischen Regionen zu verdichten. Die Unterteilung wird mehrfach wiederholt. Für die Rissbreitenberechnung von Dreiecken werden mindestens 3 Punkte mit ihren Verschiebungen benötigt. Wegen des dichten Verschiebungsfeldes stehen mehr Punkte zur Verfügung. In dieser Publikation wird ein Algorithmus zur Rissbreitenberechnung in Form einer Ausgleichung vorgestellt.

1 Introduction * F. Liebold frank.liebold@tu‑dresden.de H.‑G. Maas hans‑gerd.maas@tu‑dresden.de 1



Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, Technische Universität Dres