应用激光数字散斑测量物体面内位移的研究

利用激光数字散斑原理搭建光路对物体面内位移进行测量,利用CCD接收毛玻璃移动前后的散斑图像,通过计算机数字图像处理得到干涉条纹并计算毛玻璃的面内位移。最后讨论对本系统测量的灵敏度,范围和精度进行了分析和讨论。     

论激光散斑干涉法分离面内位移和法向位移

在面内位移的研究中，物体表面的散斑图由透镜的象平面上的底片进行记录，通过变形前后的两次曝光，得到散斑干涉图。散斑干涉图通过富里叶滤波产生一组等值线，其大小和方向表征了物体平面内位移的大小和方向，但是这里忽略了物体的法向位移在象平面上所引起的变化量。     

利用激光偏振特性的电子散斑面内全场位移测量技术的研究

提出一种能够同时测量面内全场位移的电子散斑测量光路结构,解决了面内全场位移在瞬态和不可重复情况下无法测量的问题。将激光束分成四路照明光,分别安排在水平和垂直平面内,利用激光器的偏振特性安排光路,使水平平面内两束光的偏振方向相同,垂直平面内两束光的偏振方向相同,但这两个平面中的偏振方向又互相垂直。对转动圆盘内位移测量,取得了满意的结果,用一幅散斑图同时得到了表示水平和垂直分量的散斑条纹     

基于泰伯效应的面内位移测量

为了测量物体的面内位移,设计了基于泰伯效应的 变形测量实验方案。在实验中,把设计好的二维方孔光栅的全息图输入到由计算机控制的液 晶空间光调制器(LC-SLM)中。当LC-SLM放置于物体前方适当距离 时,物体表面形成清晰的泰伯像,再由CCD捕获物体变形前后的散斑图像。输出光场包含了 物体变形位移的信 息。利用数字散斑相关测量(DSCM)方法计算得到物体的位移。本文方案简单易行,可以作为 测量物体变形位移的替代方案。实验结果表明,本文方法应用于面内位移测量是可行的。     

涡旋光用于物体面内位移变形测量的模拟

提出了一种利用涡旋光进行面内位移测 量的新方法。将传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器(SLM)相结合,把 利用SLM所 获得的涡旋光应用于双光路电子散斑干涉,从而测量变形物体的面内位移。推导出了以平面 光为物光、涡 旋光为参考光以及涡旋光为参考光、物光时物体发生面内变形前后的干涉强度公式, 模拟了变形前 后的干涉图样,分析了干涉变形图样的特征。运用四步相移方法求出了物体的变形相位公式 ,通过解包裹得 到了物体的变形相位。模拟结果与利用传统电子散斑干涉测量系统结合傅里叶变换法 获得面内位 移的变形相位分布是一致的,表明涡旋光可以应用于物体的变形测量,为物体面内位移变 形测量提供了一种新途径。     

基于分形插值的频域散斑相关法面内位移测量

针对传统频域数字散斑相关法在测量物体面内位移测量精度较低的问题,提出一种基于分形插值的频域数字散斑相关法。该方法在频域数字散斑相关法的基础上,引入Hanning窗函数对图像进行滤波处理,克服了图像边缘效应对最终位移值的影响;同时利用散斑图像的子区域与整幅图像在结构形态和灰度特征的自相似性,采用分形插值的方法进行亚像素插值,进而能精确定位相关点,得到更精确的亚像素位移值。实验结果表明:该方法保持了频域散斑相关法的测量速度,且将测量的绝对误差降低在0.01~0.03 pixel以内,并进一步通过刚体平移实验测试了算法的可靠性。     

基于数字图像相关的刚体面内微小转动测量及转动中心定位

基于刚体面内微小转动测量在实验力学测量中的必要性和重要性,开展了利用数字图像相关方法(DICM)定量测量转动角度和准确定位转动中心的研究。从理论上分析了刚体面内转动角度与面内位移分量之间的关系,运用计算机仿真散斑图进行数值模拟研究,得到的转动角度和转动中心位置测量误差都在2%以内,模拟结果验证了数字图像相关法进行刚体面内微小转动定量测量的可行性。运用数字图像相关法对刚体面内未知微小转动进行了实测,并与几何光学实验方法所得到的结果进行了比较,两者结果误差为3.1%,符合较好。实验结果表明数字图像相关方法可以作为定量测量刚体面内微小转动的有效方法。     

基于频域数字散斑相关方法的面内微位移测量

使用传统数字散斑相关方法对物体面内微小位移进行测量时,由于受到噪声影响和算法本身的局限,会出现测量精度低、数据处理速度慢等问题。针对以上缺点,应用频域数字散斑相关方法,通过散斑记录和MATLAB软件编程,实现了物体面内微小位移的测量。这种方法不但弥补了传统数字散斑相关方法的不足之处,而且简化了一般光学测量过程中的反复调校过程。理论分析及实验结果表明,应用频域数字散斑相关方法测微位移的系统结构简单、处理速度快、精度高,能够达到微米级,相对误差小于1%。     

大位移电子散斑干涉法

针对电子散斑干涉（ESPI）法处理大位移时的困难,提出了一种改进的ESPI法。将数字散斑相关法（DSCM）引入ESPI中,由DSCM计算引起散斑去相关的面内位移,将所得二维面内位移对失配散斑场进行校准,恢复干涉条纹。用对离面位移敏感的ESPI光路,结合相移方法求得对应离面位移的相位数据,和二维面内位移一起,构成物体三维位移。对周边同定、中心加载的有机玻璃试件进行了测量,结果表明能产生质量干涉条纹,证明该方法是合理、可行的。     

三维相移电子散斑干涉中的位移场分离研究

提出一种可将离面位移与面内位移分离的方法。在双光束电子散斑干涉(ESPI)中增加参考光,使其为两光束所共用。实验时,两束光各自独立地对变形物体进行测量,结合相移技术,可分别得到包含离面和面内位移信息的2幅相位图。理论分析表明,只需简单的相位运算就能够将面内位移场与与离面位移场分离。典型的3点弯曲梁实验证实了该方法的可行性。     

载频电子散斑位移场分离技术研究

提出了载波调制分离位移场的方法.在双光束电子散斑干涉(ESPI)中增加参考光,使这路参考光为两光束所共用.通过偏转物体引入载波调制条纹,具有条纹对比度高的优点.物体加载后,载波条纹受物体变形的调制而发生弯曲变形.实验时,两束光各自独立地对变形物体进行测量,采集物体变形前后的条纹,利用傅里叶变换法,可分别解调得到包含离面和面内位移信息的2幅位移图.理论分析表明,只需简单的位相运算,就能够将面内位移场与离面位移场分离.利用典型的周边固定、中心加载的圆盘实验,表明了该方法的可行性;周边固定、中心加载的圆盘变形所包含的面内位移大小与离面位移相比,大约低1个数量级.     

基于大剪切方棱镜的三维电子散斑干涉技术

提出了一个新的测量物体三维形变量的系统.其中,光源部分由3个激光器组成,参考物被粘贴在压电陶瓷(PZT)相移器上,通过该相移器产生参考光并实现相移,物光和参考光通过放置在CCD前方的大剪切棱镜产生干涉.为了验证该系统的可行性,对简支梁进行了位移场的测量,并给出了实验结果.由于大剪切方棱镜采用普通玻璃材料制成,因此不仅克...     

Fringe-contoured-window sine/cosine filter for saw-tooth phase maps in ESPI

In electronic speckle pattern interferometry (ESPI), because saw-tooth phase map obtained by phase-shifting is inherently full of speckle noise, noise reduction should be carried out to suppress high-level noise before it is unwrapped. In accordance with the feature of the saw-tooth phase map, an adaptive filter method combining the classical sine/cosine filter and the fringe orientation information of the phase map is developed. A fringe orientation map is first generated from the saw-tooth phase map, and then a fringe-contoured window is derived accordingly. Finally, filtering is carried out within the window. Compared with existing filters, it has a better performance on phase jump information preservation without any blurring effect on phase distribution provided that filtering is implemented on the equal-phase window. Moreover, its capability for noise reduction is more powerful. The effectiveness and advantages of the novel filter have been also verified by both simulated and real saw-tooth phase maps.     

电子散斑干涉术（ESPI）在激光加热实验中的应用

本文叙述了在激光加热实验中应用电子散斑干涉术进行测量的方法。给出了用千瓦级连续波二氧化碳激光加热铝合金板时产生的热变形的测量结果。对激光加热实验中可能发生的影响测量结果的因素进行了讨论．     

电子散斑干涉场的空间调制与解调技术

提出了偏转物体实现电子散斑干涉（ESPI）条纹调制的新方法。当物体有微小偏转时可形成等间距的干涉条纹,从而形成载波条纹。物体加载后,该条纹受物体变形的调制而发生弯曲变形。采集物体变形前后的条纹,利用Fourier变换法,可解调出变形场的位相,从而实现物体变形场的精确测量。对偏转物体方法的调制机理进行了理论分析,并利用中心加载周边固定圆盘进行了典型实验。结果表明,该方法能够高质量地调制ESPI场,求解位移场。     

数字散斑干涉技术及应用

介绍了数字散斑干涉技术在位移、应变、振动和医学诊断等领域中的应用和国内外发展状况。提出了一种新的应用领域—数字散斑干涉技术在语音识别中的应用,并对该方法作了介绍,讨论了它的特点。     

应用ESPI和实时全息测量轴对称温度场

本文应用电子散斑干涉法(ESPI)和实时全息干涉法,从互相垂直的两个方向,同时测量了酒精灯火焰温度场和喷射(jet impingement)温度场。文中应用交互式高速数字图像处理系统处理了全息和散斑条纹图,并定量计算了剖面上的温度分布。还就可能出现的实验误差进行了分析。