采用频谱分析技术的干涉条纹判读法与应用

采用频谱分析技术的干涉条纹判读法与应用庄其仁（华侨大学电气技术系）０引言干涉测量技术已在光学测量仪器中得到广泛应用，随着计算机技术的发展，干涉条纹的傅里叶变换也有了新的应用，如采用条纹分析的傅里叶变换技术作距离测量的波长位移干涉测量术［’ｊ。本文介绍...     

齿面干涉图像的相位解包裹算法对比研究

齿面干涉图像具有局部散斑、边缘杂散条纹、疏密不均和条纹粘连等噪声特征。为了寻找适用于处理齿面干涉图像噪声特征的解包裹算法,选取枝切法、相位导数偏差法的质量图引导法、最小二乘法、傅里叶变换轮廓术以及傅里叶变换的质量图引导法等 5 种算法,分析其对齿面干涉图像噪声处理的解包裹特点,通过对比分析解包裹相位图以及结果图中相位数据曲线,得出相位导数偏差的质量图引导法相比于其他算法解包裹精度高,能较好地抑制因噪声严重导致的解包裹相位突变、连续波动等问题。     

应用FFT方法检测干涉条纹间距

本文论述了一种测量干涉条纹间距的方法,这种方法应用快速傅里叶变换,不仅可以消险散斑噪声的影响,而且具有快速和实时观测等优点。     

电子散斑干涉法研究铸铁的断裂特性

为研究铸铁材料的断裂过程和破坏机理,对带预制裂纹铸铁梁进行了三点弯曲加载试验,同时采用电子散斑干涉法并引入相移技术对裂纹前端的面内位移场进行了测定。通过实验得到了梁裂纹尖端附近区域的电子散斑干涉条纹图,通过图像处理得到裂纹端部变形、裂纹张开位移和中性层位置随载荷的变化曲线,并对其进行了分析。     

基于狭缝光阑的剪切散斑干涉动态测量

为了精确、实时地测量物体表面的动态形变,提出了基于狭缝光阑的空间载波剪切散斑干涉系统。该系统通过倾斜迈克尔逊干涉仪的一个平面镜来产生剪切量和载波频率,实现空间频谱的移动;采用一个可调节的狭缝光阑控制散斑大小和空间频谱宽度。基于傅里叶变换与反变换在空间频率域上提取所需的频谱并计算相位图,最后通过一幅干涉条纹图得到相位分布信息。采用该系统对一个中心加载、四周固支的薄铝板进行了动态测量,分析了光学系统参数对测量结果的影响。结果表明,采用像素尺寸为4.65μm×4.65μm的高分辨率相机,焦距为8mm的成像镜头,设置剪切量为25mm,狭缝光阑X方向的尺寸为1mm时,可得到高质量的剪切散斑相位图。该方法可以在25frame/s的采集速度下,以43.6°的视场角实现动态形变的测量,可测形变峰值为0.5~30μm。     

傅里叶变换在莫尔测偏法中的应用

本文针对非球面莫尔测偏法提出了采用相移技术结合傅里叶变换进行数据处理的新方法,在对莫尔条纹图作二维傅里叶变换后可获取相应于被测表面高度的相位信息,然后用相移来确定该位信息的正负号,以最终正确重构测表面的三维形貌,对有限宽莫尔条纹图因栅线夹角引起的倾斜项误差要用最小二乘法加以剔除,用该法进行了非球面测量。     

采用自适应可靠因子的联合双边散斑条纹滤波方法

在基于电子散斑干涉法的测量系统中,干涉条纹常常会存在大量噪声从而影响后续相位的提取。 为解决双边滤波无法 处理大噪声的问题,提出了一种融合加窗傅里叶滤波的联合双边滤波方法并用于处理存在高噪声的电子散斑干涉条纹。 在该 方法中,引入加窗傅里叶初步滤波后的图像作为联合双边滤波的导向图,并构建更可靠的自适应像素值相似度因子,从而提供 更可靠的引导信息和更好的滤波效果。 该方法被应用到高、中、低、可变密度 4 种不同密度的模拟条纹和实验采集到的大噪声 条纹上,并将其与原始双边滤波和加窗傅里叶滤波相对比。 实验结果表明:与其它滤波方法相比,该方法得到的条纹最光滑,结 构最完整。 对本文模拟的条纹滤波后峰值信噪比提高 1. 0 ~ 4. 2 dB,结构相似度和边缘保持指数最高,相位的均方误差最小。 所提出的方法调整更方便,对 330×330 大小的模拟条纹处理时间仅为 4 s 左右。     

通过傅里叶变换测量多表面面形

为了更简便、准确地测量透明平行板,提出了一种基于区域生长算法与傅里叶变换的单幅三表面干涉条纹相位恢复方法。通过傅里叶变化将三表面干涉条纹图由空域变化到频谱域。不同表面的干涉条纹在频谱域中对应的位置不同,通过改变区域生长算法中的参数,提取出合适的区域,最终得到面形。该方法可以由单幅三表面干涉条纹图同时得到透明平行板前后两个表面的面形。分析了由算法求得的表面面形的误差,通过叠加分离的双表面干涉图与原三条纹图进行比较,得到相应的误差分布图,通过误差分布图可以改善算法的精度。将得到的面形与Zygo干涉仪得到的面形进行对比,发现该方法测量精度较高,其相位提取误差PV值小于0.12λ,RMS值小于0.065λ;重复性得到验证,其重复率可靠度优于λ/100。测量到的面形与物体真实面形接近,测量方法更加简便。     

计算机模拟技术在错位散斑干涉法中的应用

建立了电子错位散斑干涉法成像的数学模型,编制了计算机模拟软件,可以模拟不同系统设置和不同变形情况下的干涉条纹图。用该软件研究了错位量大小对条纹图的影响,得到了与经典的“位移梯度”理论不完全相符的结果。 理论分析和试验结果都证明了计算机模拟的正确性,并由此提出了条纹图解释的“对点位移差”理论。本研究工作对电子错位散斑干涉无损检测系统的设计和检测结果的分析有很好的应用价值。     

基于偏转法的物体三维形貌测量

基于数字散斑干涉测量技术,组建一套基于偏转法的物体三维形貌测量系统。首先,通过精密旋转平台使被测物体偏转微小角度,在其表面引入包含该物体形貌信息的弯曲干涉条纹。然后由散斑干涉条纹图提取其相位分布,对滤波后的包裹相位图进行相位解包裹运算,得到相位的真实分布图。最后根据相位分布与物面高度的关系求解出被测物体的高度信息。实验结果表明采用偏转法的散斑干涉技术可以实现物体三维形貌测量,具有测量精度较高、易于实现等优点。     

Continual in-plane displacement measurement with temporal wavelet transform speckle pattern interferometry

A heterodyne temporal speckle pattern interferometer that measures the in-plane displacement dynamically has been built. The object is displaced in its plane continuously and the frequency-modulated output signals with a carrier frequency are recorded by a CCD camera. The displacement information is extracted with wavelet transform technique. Preliminary experiments have been performed with such interferometer. The respective measurement results recovered from wavelet transform and Fourier transform are compared.     

Study on out-off-plane displacement measurement using DSPI under impact loading

In this paper, the measuring technique of out-off-plane displacement under impact loading using DSPI is presented. In order to capture the speckle field produced by a Ruby laser, an instantaneous digital image capturing system is introduced. The dynamic speckle images are able to be recorded and stored directly in a digital frame store. Thus digital speckle pattern interferometry (DSPI) is achieved for dynamic measurement. As an example, the measurement of out-off-plane displacement field of circular fixed plate with a concentrative impact loading is completed. The results of the dynamic finite element method show agreement with those of experiments.     

基于电子散斑干涉技术的微变形场测量及残余应力分析

基于电子散斑干涉原理搭建了测量试验平台,通过数字图像处理,得到电子散斑干涉条纹图像,实现了对一维微变形场的测量,对比测量结果与仿真结果,验证了该测量方法的可行性。结合盲孔法测量残余应力的原理,用电子散斑干涉装置取代盲孔法中的应变花来测量因钻孔产生的变形,并由此解残余应力。试验结果表明,基于电子散斑干涉技术的盲孔法残余应力测量系统简单,可行,高效,具有很大的工程应用价值。     

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。     

Displacement measurement using digital speckle multi-frequency harmonic wave correlation method

In the displacement measurement using digital speckle correlation method, significant measuring error due to the multi-peak nature of the correlation coefficient function is a critical issue as sometimes the secondary peak can be wrongly determined as the maximum instead of the highest peak. In the multi-frequency harmonic wave correlation method (MHCM) as proposed in this work, for speckle patterns before and after the displacement, correlation calculations were performed on corresponding sets of data matrices assembled by amplitudes/intensities obtained from harmonic waves with different frequencies. The calculated maximum correlation coefficients were compared with each other to locate the maximum in order to measure the displacement. Both ultrasonic speckle MHCM and laser speckle MHCM were applied to the displacement measurement respectively. Measured results indicated that MHCM effectively helps to ensure the correct determination of the maximum correlation coefficient, to avoid random errors caused by other factors and improves the measurement accuracy in the meanwhile.     

测量空间相机像移量的联合变换相关器的改进

针对基于光学手段实现的传统光学联合变换相关器不适应空间环境等问题,对传统相关器进行了改进和试验验证。首先,采用完全电子学手段替代采用光学器件实现的方法解决了联合变换相关器适应空间环境的问题。然后,在联合变换过程中加入自相关运算,消除了零级衍射峰的影响,并引入过采样离散傅里叶变换方法提升相关器的测量精度。最后,采用精密直线导轨开展静态测试试验,验证了改进后的联合变换相关器的性能。静态测试试验表明：对于亚像元级的微小位移量,改进后的联合变换相关器测量误差均方根（RMS）值为0.22 pixel。改进后的联合变换相关器显示了良好的空间环境适应性和较好的可实现性,其精度基本满足空间相机像移补偿的要求。     

一种基于灰度向量匹配的平面绝对位移测量方法

对于平面位移的测量,传统方法需要采用特殊机构将其分解为两个线性位移和一个角位移分别测量,因而测量系统复杂。随着数字图像处理技术的不断发展,采用该技术进行位移的测量已经成为现代测量技术发展的新方向。本文提出了一种新的基于图像处理的平面位移测量方法。该方法采用事先通过标定的图像,对自然标志（特征点）的提取和基于灰度向量匹配来完成绝对位移的测量。最后经实验验证了该原理的可行性。     

基于散斑干涉的相位测量技术研究

本文对几种基于散斑干涉方法的相位测量技术进行了研究与比较,包括时间相移法、空间相移法、空间载波相移法以及空间载波傅立叶变换法,分析和比较了这些方法的优缺点,并对时间相移法和空间载波傅立叶变换法进行了试验研究。     

A composite method for the determination of the chirality of single walled carbon nanotubes

An approach to the unambiguous determination of the conformation of individual single walled nanotubes utilizing high‐resolution transmission electron microscopy and digital image processing is described. The exit plane wave of single walled nanotubes restored from a focal series of images is used in a stepwise characterization procedure utilizing both the phase of the real space restoration and its Fourier transform. A combination of these complementary characterization steps yields an accurate measurement of the chiral vector for an individual nanotube.