用投影散斑法测量三维微位移

采用光学非接触法测量三维微位移,基于三角测量法投影数字散斑照射参考面和待测物体表面,利用数字散斑相关法原理,求解变形位移信息,实验结果表明,数字散斑相关技术在三维变形测量的有效性和可靠性,并且为三维物体形变的测量提供了新的研究思路。     

激光显示中散斑的减弱

为减弱激光显示中散斑的影响,在对散斑对比度进行理论分析的基础上,提出了一种利用位相光学元件减弱散斑的方法。实验以绿光为光源,让激光束通过位相光学元件,再经过CCD相机和图像处理系统处理,得到屏幕上散斑对比度和光强的变化。实验结果表明:散斑的对比度降低到3.7%,可满足激光显示中对散斑减弱的要求。该方法具有简单易行、成本低、适合批量化生产等优点。     

基于EALCD的数字散斑照相术面内位移测量

提出了散斑照相术数字化的技术,即利用电寻址液晶(EALCD)和CCD取代传统散斑照相术中记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的烦琐的化学湿处理过程,实现其数字化。介绍了EALCD在散斑照相术测量高精度测量物体位移的优点,而且能通过现有的数字器件使其实现数字化,更加利于工程应用。采用全场分析法和逐点分析法2种方法对散斑照相术进行光学实验研究,都成功获得了含有物体位移信息的干涉条纹。实验研究表明,该研究方法简单、高效,能快速获得具有高对比度的散斑干涉条纹,为数字散斑照相术测量物体的微小形变奠定了坚实的基础。     

双孔载频剪切散斑干涉法测量表面动态形变

为了精确地测量物体表面的动态形变并得到形变高度和梯度信息,提出了一种基于双孔衍射结构的空间载频剪切散斑干涉法.该方法采用双孔产生固定的载频条纹,利用双旋转光楔实现剪切量的连续调节,采用正弦拟合算法进行相位计算.首先,分析了双孔调制的相位载频与双孔距和像距之间的关系,讨论了双旋转光楔得到线性剪切量调整的实验参数.然后,设计了测量光路参数;采用孔距为3.8 mm的双孔径配合焦距为80 mm的成像镜头在物距为300 mm时得到了载频为π/2的散斑场.最后,对动态形变的薄金属板进行了测量.实验结果表明:配合实时图像处理系统,该方法可以在帧率为15 frame/s的采集速度下实现动态形变的测量与显示,可测形变峰值为0.11～1.15 μm.本系统结构简单,易于集成,适用于动态形变的实时检测.     

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。     

荧光粉浓度和温度对激光混合荧光投影光源发光特性的影响

光源是投影显示系统的核心组成部件。激光投影光源具有亮度高、寿命长和色域广等特点,但存在成本较高和散斑现象的问题。将激光结合激发荧光作为投影机光源,可以有效降低成本并解决散斑问题。通过将钇铝石榴石(YAG)荧光粉和激光单元结合制成混合光源,研究了不同荧光粉质量分数及工作温度对混合光源发光特性的影响。实验结果表明,光源的亮度和色度坐标值均随着荧光粉质量分数的增大而提高,而荧光粉的转化效率随着工作温度的升高而降低。研究结果验证了激光–荧光混合作为投影机用光源的可行性,不仅降低了整机的制造成本,解决了激光光源存在的散斑问题,而且降低了对光源光学元件加工的精度要求,提升了量产的制成能力。     

数字散斑干涉中的条纹处理和相移技术

数字散斑干涉技术可以用来测量物体的微小形变及位移,因其具有较高的精度和全场非接触测量的特点,它被广泛的应用于工业检测、航空航天和生物医学等领域.在该技术中干涉条纹的处理以及相位值的获取是至关重要的.本文介绍了数字散斑干涉技术中条纹处理的各种方法,包括增强、滤波、二值化和骨架线提取等,同时介绍了利用相移技术精确地计算相位...     

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。     

针灸疗效评估中激光散斑衬比图像稳定性研究

激光散斑衬比成像技术可以为中医理疗提供无创、高效的疗效评估手段,但目前该评估方法的稳定性有待提高。基于能产生稳定散斑衬比的近红外激光光源,对针灸疗效进行散斑成像实验并获得原始实验数据,分析对比Roll算法与基于此算法加入时间抽样形成新的衬比处理RT(Roll with time-sampling)算法的数据处理结果。从衬比随时间分布的规律可以看出,RT算法处理所得的衬比分布更加均匀,消除了部分噪声干扰,因此RT算法能够提升激光散斑衬比分布的稳定性。     

用多模光纤作电子散斑位移实时测量

激光通过多模光纤,在出射端产生散斑场。采用电荷耦合器件CCD 作为接收元件,记录下物体位移前后散斑场的光强度分布,由微机分别计算出位移前后的散斑光强相关函数。两个相关峰的位置变化直接代表了物体位移的大小。这种电子散斑测量系统具有快速、准确、测量范围较大的特点,并可实时测量。     

数字散斑干涉图像拼接方法研究

散斑干涉测量系统的视场大小和量程受成像器件尺寸的限制.为了扩大视场和形变测量范围,对散斑干涉形变测量的图像拼接方法展开深入研究.搭建了双CCD散斑干涉测量光路,通过对两个CCD获取的散斑干涉图的拼接实现大视场形变测量.对互相关、差方和和互信息法以及归一化改进的配准算法进行了研究,并分析了重叠面积的影响.结果表明,互相关...     

基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。     

激光散斑血流成像系统中的光源相干性

针对激光散斑血流成像系统中光源相干性对散斑衬比的影响进行了研究,提出了一种基于混合遗传算法的散斑图像恢复方案。首先,分析非完全相干光用于激光散斑血流成像系统时的劣势,说明混合遗传算法恢复被低相干性光源破坏的散斑图像的原理;使用对比度与噪声比来衡量由两种光源成像得到的静态白盘散斑图像质量;最后,将算法分别用于静态白盘散斑图像和真实的手背血流检测场景。实验结果表明,相干性较好的单纵模激光器成像得到的散斑图像,较之于相干性较差的半导体激光器成像得到的散斑图像,对比度与噪声比高出67.2%;将算法用于质量较差的散斑图像后,其对比度与噪声比提高了57.7%;将算法用于手背血流检测场景,进行恢复运算后,验证了手指指尖的血流灌注量平均高于手指关节30%的临床事实。将本算法用于激光散斑血流成像系统,可以有效消除非完全相干光给散斑衬比分析造成的影响,获得质量更好的血流图像。本算法的推广使用可以提高激光散斑血流仪器在光源选择方面的灵活性。     

数字散斑相关在电致伸缩效应测量中的应用

利用数字散斑相关方法对纳米钛酸钡／聚氨酯复合材料进行了光学实验，研究了其在外加强直流电场作用下的电致伸缩应变随电压变化的规律。采用CCD及计算机处理系统，实时获取了外加高电场作用下试件表面位移场的散斑图；应用数字散斑相关方法获得了试件的应变量与外加电场强度的关系，从而得到试件的电致伸缩系数。对该方法进行了详尽的阐述，并对测量结果进行了分析。实验结果验证了数字散斑相关方法测量电致伸缩效应的可行性和有效性，为电致伸缩效应的测量提供了一个有效途径。     

动态线材直径测量新方法

提出一种新的非接触式动态测量金属线材直径方法。理论分析表明,当采用后向测量时,利用金属表面对光的反射定律以及傅立叶变换原理,可以得到正比于被测线材支径的光强,避免了前向测量时边缘检测的烦琐处理,并且可以消除线材振动的影响。本方法还可以摆脱前向测量法必须把被测物体放在测量装置之间的限制。初步的实验表明,该方法有可能为金属线材的在线动态测量提供一种迅速、简单的途径。     

光路系统元件运动对全息测量的影响研究

本文研究激光全息三维位移测量中光路系统元件运动对测量的影响。重点分析了干版位移,参考光点光源位移和物光点光源位移对被测物体位移的测量结果的影响,并推导了相关的计算公式,最后给出了实验结果。     

基于数字散斑相关法的金属材料力学性能的测试

数字散斑相关技术以其非接触,可以采用自然光,甚至利用材料表面天然纹理就可以进行位移、应变测试,在土木、机械和生物医学领域等得到了广泛应用,被学术界和工业界进一步研究和工程中所采用.为明确硬质材料受力后的位移分布和应变分布,为应用提供实验依据.在金属材料位移场和应变场的测试中采用了高精度的数字散斑相关技术,并利用自然光对金属材进行了非接触式测量,得到了由外力引起的横向和纵向的变形及应变等力学参量,数字散斑所测结果与电阻应变计结果吻合较好.表明数字散斑相关测量技术应用于硬质材料力学参量有效,能够较好地解决了力学量测试工作.     

散斑可见度光谱法中的相干因子

散斑可见度光谱法是近年来兴起的研究密集颗粒流运动的新方法。针对散斑可见度光谱法测取颗粒温度的实验中,如何消除相干因子测量过程中的误差进行了研究。比较了静态散斑对比度以及散斑对比度系数的计算方法以及消除相干因子的方法,实验测量结果表明,由散斑对比度系数消除相干因子的方法能最大程度地保留测量准确度。该方法能够消除由环境不同及激光不稳定所带来的误差,使得同类实验具有更好的对比性。同时给出了计算量较大导致的时间分辨率较低这一问题的解决方法。     

基于散斑纹理变差函数的平磨表面粗糙度测量技术

粗糙表面调制激光散射从而形成散斑。从计算机纹理分析的角度出发,对平面磨削加工金属表面激光散斑图像纹理特征与表面粗糙度之间的关系进行了研究。在研究中采用激光照射平磨表面,用CCD获取散斑纹理图,再对散斑图变化窗口进行变差函数的纹理分析和归一化统计分析,分别提取散斑纹理中的平均值、方差、能量和熵4个特征,表征磨削表面粗糙度。研究和实验结果表明,对于不同大小的窗口,上述4种纹理特征与磨削表面粗糙度Ra之间均存在良好稳定的单调关系。     

数字散斑法用于钻机井架形变测量研究

石油钻机井架所处的环境恶劣,工况复杂,为此对其出现的各种损伤、缺陷和形变进行研究非常必要。传统的静态应变测试系统在井架应力测量时存在测量点有限,操作繁琐,温度适应性差等缺点。采用数字散斑相关方法,通过MATLA软件编程,实现了对模型井架受力后产生的形变测量。实验结果表明,采用数字散斑法得出的形变曲线具有更好的连续性、时效性,同时由于测量系统结构简单,运算速度快,结果精度高。这对于井架实际工况下受力分析及井架的结构设计有很大帮助。