希尔伯特变换实时全息干涉条纹相位提取

实时全息干涉法可以观察记录整个测试过程中条纹图的动态变化,传统相位提取算法只适合于静态干涉条纹图相位的提取.根据实时全息干涉条纹和希尔伯特变换的特点,提出了利用希尔伯特变换提取实时全息干涉条纹相位值的方法,采用了高通滤波的方法减少背景光强的影响,对铝片受力变形实验中实时全息干涉条纹的相位变化分布进行了提取.实验表明:希尔伯特变换法适合于动态条纹的相位提取,可以自动提取实时全息干涉测量过程中全场各点在任意两个时刻间的相位变化值,且测量结果与实时全息干涉条纹人工分析结果一致.     

宽带噪声目标声场干涉结构图的时空变换

水听器接收的运动目标宽带噪声的频率-时间I(ω,t)声场干涉结构图随着目标的运动会发生相应的变化。这个变化将引起I(ω,t)中干涉条纹的弯曲,使得I(ω,t)和频率-距离干涉结构图不再有简单的线性映射关系。在深入分析宽带噪声运动目标频率-时间I(ω,t)和相应频率-距离I(ω,r)声场干涉结构间的非线性映射关系的基础上,提出了一种从I(ω,t)到线性I(ω,r)的时空变换方法(Time-Space Linear Transformation,TSLT)。数值仿真实验结果表明,TSLT可以有效地消除目标运动的影响,从I(ω,t)中恢复出能真实反映频率-距离声场干涉结构规律的I(ω,r)。最后给出利用运动目标宽带噪声声场干涉结构估计波导不变量的应用例。     

对无临近点信息干涉条纹的参数估计

用广义radon变换可以从运动目标产生的干涉条纹中估计出目标的运动参数和波导不变量。但是当干涉条纹中没有出现临近点时,用此方法估计不出真实值。为了解决此问题,提出了一种新的估计方法。主要过程是先从时频图中提取出干涉条纹轨迹,再去搜索与此轨迹误差最小的最优曲线,此曲线的参数值代表目标的运动参数和波导不变量。仿真和海试结果表明,在干涉条纹无临近点信息情况下,用广义radon变换估计的参数值与真实值偏差很大,但是文中提出的方法仍能估计出较准确的结果。     

基于单稳频激光的端面距离微尺寸测量方法

搭建了一种用于端面距离微尺寸测量的干涉光路,分别以频率高度稳定的532nm波长激光和波长不确定度水平相对较差的633nm波长激光作为光源进行照射以获取干涉图样。使用电荷耦合器件(CCD)传感器获取干涉图样,采用数字图像处理手段清晰化干涉图样,并利用条纹的像素距离计算干涉条纹级次差的小数部分,用多波长的小数重合法计算端面间距。通过系统的软件部分,利用数字图像处理的手段对干涉图像的质量进行优化,在较为简单的实验条件下实现精度较高的端面距离微尺寸测量。     

一种用细胞神经网络提取干涉条纹中心的新方法

提取干涉条纹的中心是干涉测量的关键环节,文中提出了一种基于细胞神经网络（CNN）提取干涉条纹中心的新方法.CNN是一种实时处理信号的大规模非线性模拟电路,同时它的局部联接特点使其适用于超大规模集成电路的实现.CNN具有并行运算的能力,可消除传统串行算法复杂性高、不能实时处理的缺点.对该方法进行了分析,给出了实例的仿真结果,证明该方法能快速准确地提取干涉条纹的中心,提高了干涉条纹的判别精度,从而增加了实验中干涉条纹处理的直观性和实时性.     

基于光纤干涉仪的振动测量技术

本文介绍了基于光纤Mach-Zchndcr干涉仪的振动测量系统,用线阵CCD测量条纹动态位移,实现了光纤干涉条纹图像的连续采集.针对干涉条纹图像噪声的特点完成了低通滤波器的设计、图像的平滑处理,消除了干涉条纹中心的定位误差.文章绘制了干涉条纹位移曲线并对其进行了离散傅里叶变换,给出了所测振动的频谱特性.最后讨论了测量系统的灵敏度以及影响测量精度的因素,为了能够辨别条纹的移动方向,指出了条纹最大允许的移动速度限制,给出了实验结果.     

广义波导不变量

海洋波导中声场在空间-频率域形成明暗相间的干涉条纹,Chuprov根据距离-频率(r-ω)域干涉条纹定义了波导不变量。一直以来,科研工作者探讨波导不变量定义式均未考虑声源-接收器方位角对波导不变量β值的影响,传统的声场干涉研究也忽略方位角变化对干涉条纹的影响。通过实验和仿真发现,对于我国近海大陆架常见的水平缓变楔形波导,方位角变化对干涉条纹的影响显著,因此将Chuprov给出的仅考虑传播距离变化对干涉条纹影响的波导不变量定义式推广为同时考虑方位角变化对干涉条纹影响的波导不变量定义式,并将之称为广义波导不变量。通过理论推导、数值仿真及海上实验数据分析发现,在水平缓变楔形波导环境下,传统波导不变量定义式无法解释干涉现象时,广义波导不变量可很好地解释数值仿真及海上实验声场干涉现象。     

基于Hausdorff距离的工件焊缝接头类型识别

提出了一种以Hausdorff距离为度量准则的工件焊缝接头类型识别方法.通过激光结构光视觉方法,CCD摄像机采集被焊工件焊缝接头的激光图像,并提取出激光条纹中心线.根据焊缝接头图像特点,提出6种焊缝接头条纹形状基准模型.以Hausdorff距离度量激光条纹图形与基准模型库之间的匹配程度,当条纹形状与基准模型的距离具有最小容差时,认为与相对应的焊缝接头类型相匹配.为实现算法加速,采用Hough变换和Hotelling变换来标准化图形,并利用图像特征对搜索空间进行了降维.实验结果验证了该识别方法的有效性.     

一种正弦相位调制光纤干涉条纹相位稳定方法

为了消除环境因素(尤其是振动和温度波动)在物体表面三维形貌测量中的影响,基于正弦相位调制(SPM)发展了一种光纤干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。利用两光纤干涉臂端面的菲涅尔反射生成迈克尔逊干涉信号,由光电探测器(PD)检测后送入相位控制系统。采用相位生成载波的方法提取干涉信号的相位,并将生成的补偿信号闭环反馈给压电陶瓷驱动器,与正弦相位调制信号相加后共同驱动压电陶瓷,补偿环境因素带来的相位漂移,实现干涉条纹相位的稳定。环境因素对条纹相位的影响低于57 mrad,实验结果验证了该方法可行性。     

自适应窗口傅里叶变换三维面形检测技术

通过小波脊变换,得到局部条纹的最佳变换窗口,在傅里叶变换三维测量时,可以保证窗口尺寸随变形条纹频率变化而自动调整。实验研究表明,此方法克服了窗口傅里叶变换空间．频率分辨率无法调整的问题,可以最大限度地抑制变形条纹的频谱混叠,准确地提取基频信息,大大地提高了测量精度,误差范围由-2～8mm降低为-1～1mm。并且,由于只需要从一帧条纹图中获取物体的三维分布,适合于动态测量。     

可调合成波长链绝对距离干涉测量

本文提出一种利用半导体激光器的波长调谐特性实现的可调合成波长链绝对距离干涉测量方法 ,针对不同的待测距离 ,可选择不同的合成波长链 ,完成对待测距离的由粗测到精测的整个过程。文中基于这种方法构建了干涉测量系统 ,该系统利用压电陶瓷调制的在一条直线上的两个双光束干涉仪 ,使待测距离被包含于一个交流信号的相位项中 ,从而使小数条纹的测量转化为相位测量 ,合成波干涉条纹的小数级次由单波长干涉信号的相位测量值计算得到。文中以外尺寸测量为例描述了实验装置 ,实验结果表明 ,在现有的测量系统和实验条件下 ,待测距离小于 5mm时的测量极限偏差优于 2 0μm。     

基于二进小波的雷达干涉图条纹探测相位解绕

以二进小波和相位解绕理论为基础，利用二进小波变换的快速算法，对雷达干涉条纹图进行多尺度相位突变边缘探测，进而根据信号和噪声的奇异性在二进小波变换下的局部模极大值随尺度变化的不同演化规律，提出了对雷达干涉条纹图的噪声有一定压制的基于二进小波的干涉条纹检测的相位解绕算法，结果表明，在噪声没有严重破坏相位突变边缘的情况下，相位解绕结果是令人满意的。     

干涉条纹间距的自动检测

介绍一个光电检测系统。应用这个系统对干涉条纹进行扫描和微机处理,运用FFT方法把干涉条纹间距量变换为频域量,有效地消除了散斑噪声干扰,相当方便地得到干涉条纹间距,实现了干涉条纹间距的自动检测。     

基于多重信号分类算法的复合材料冲击定位

为了提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性, 将阵列信号处理技术引入到结构健康监测领域, 提出了利用小波变换和多重信号分类算法实现复合材料结构冲击定位的新方法: 通过小波变换提取冲击响应信号某一窄带频率成分, 运用多重信号分类(MUSIC) 算法实现冲击源到达方向的估计; 根据Lamb 波传播特性, 用小波变换求出某一中心频率下的对称模式和反对称模式的Lamb 波到达同一传感器的时间差, 结合对称模式和反对称模式Lamb 的速度差就可以估计出冲击源到达传感器的距离, 实现冲击定位。对玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板和碳纤维/双马树脂基复合材料层合板2 种试件的实验均表明该方法能快速、精确地识别出冲击源位置。      

基于小波变换的激光外差干涉微裂缝信号解调算法

为了解调出带有裂缝信息的微弱超声信号,提高激光外差干涉法探测材料表面裂缝的能力,研究了利用小波变换实现激光外差干涉微裂缝信号的相位解调算法,并将小波变换算法运用到实验获得的零差信号,提取出超声信号,得到了被测样件裂缝的位置信息.实验结果表明:利用小波变换算法得到的被测样件裂缝的距离与实际距离的误差率为2.40%,验证了算法的可行性和准确性.     

波导不变量和航向角联合估计方法研究

波导不变量是一个与环境特性和传播特性有关的物理量,对其准确估计有重要意义.结合LOFAR图和方位-时间历程图,提出了利用Hough变换进行波导不变量和目标航向角联合估计算法,该算法无需知道运动目标的距离信息,不要求目标有最近通过距离.提出了综合Hough变换参数估计算法,较提取单条纹参数估计算法有更好的稳健性,但增加了计算开销.仿真研究和海试数据分析均验证了算法的可行性,并表明该参数估计算法有较高的估计精度.     

一种针对频率扫描测量系统的信号处理方法

设计了一种针对频率扫描绝对距离测量系统的信号处理算法。该系统采用基于电流调制式的频率扫描方法,利用一个比对干涉光路与一个测量干涉光路进行同步测量。两路扫描干涉信号分别由两个光电探测器进行光电转换,作为绝对距离计算处理的输入信号。分析了测量系统的原理与扫描干涉信号的特点,应用两步差分卷积算法进行信号处理,提取的比对光路与测量光路的周期或频率信息进行绝对距离测量。分析了该算法的周期计算误差。实验验证这种方法具有较大的计算优势。     

基于分数傅里叶域信号处理的迈克尔逊干涉法测量波长北大核心CSCD

建立了迈克尔逊干涉法测量波长所得条纹图的数学模型,揭示了其线性调频信号(chirp信号)特性,提出了基于分数傅里叶变换信号处理方法对迈克尔逊干涉条纹进行处理,实现了激光波长测量。实验结果表明:该测量方法具有可行性,对于波长范围为400~635 nm的激光,波长测量的平均相对误差约为0.39%。在干涉条纹图被高斯白噪声污损情况下,波长测量的平均相对误差仍然小于1%。     

一种新的正弦相位调制干涉条纹相位稳定方法

在基于条纹投射的物体表面形貌测量中,温度漂移和振动是造成条纹相位漂移的主要因素。为了稳定条纹相位,在相位补偿系统(PCS)中运用峰值检测简化相位提取过程,发展了一种基于正弦相位调制的干涉条纹相位稳定技术。将光纤缠绕在柱形压电陶瓷(PZT)上,向PZT注入正弦驱动电压实现对干涉条纹相位的正弦相位调制。运用2×2光纤耦合器分光,结合马赫-泽德干涉与杨氏干涉结构实现条纹投射。光电探测器检测两端面反射信号形成的迈克尔逊干涉信号,从中提取环境因素引起的相位漂移,运用旋转坐标数字机进行快速反正弦计算,生成的补偿信号与调制信号叠加后共同驱动PZT,实现条纹相位稳定。实验结果表明,条纹相位稳定精度为5.5 mrad,较好地消除环境因素引起的相位漂移。     

基于条纹图的微结构离面运动特性测量

为了测量微结构离面（Out—of—plane）运动特性,利用频闪显微干涉技术设计研制了微结构离面运动测试系统,首先采集微结构运动周期内不同时刻的一系列干涉条纹图,并通过SUSAN滤波算法对各干涉条纹图进行降噪处理,再利用5步相移算法从干涉条纹图中提取被测微结构的相位信息得到包裹相位的锯齿型条纹图,并采用质量导向图法进行去包裹处理,最后根据相位高度关系式可得到被测微结构运动周期内不同时刻的形貌图及其离面运动曲线。通过实验对正弦基础激励下硅微悬臂梁的离面振动响应进行了有效测量,且测量重复性小于10nm。