基于迈克尔逊干涉的傅里叶变换散斑形貌测量技术

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路,将物体偏转一微小角度（等效为物面与参考面间形成空气楔）产生等厚干涉,可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图,利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息,从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理,并进行了实物测量,给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌,所以具有灵敏度高的优点。     

测量平板玻璃折射率实验中干涉条纹不清晰原因的探讨

分析了利用分光仪测量平板玻璃折射率中条纹不清晰的原因,借助数值模拟得出与实验观测相同的干涉光强分布,明确了平板玻璃的楔角是干涉条纹不清晰的主要原因.通过对比不同楔角下条纹可见度随平板玻璃反射率的变化关系,确定了平板玻璃的最佳反射率为0.5至0.7之间,使学生在实验中可以观察到清晰的干涉条纹.     

无阈值窗口傅里叶变换滤波法

为减少噪音对散斑相位图的影响,提出了一种无阈值的窗口傅里叶变换滤波方法.通过对窗口内条纹频率幅值扫描,寻找条纹频率幅值的最大值作为滤波标准,得到最佳滤波图像,缩短了计算时间,解决了窗口傅里叶变换滤波中需要设定阈值的问题.在无阈值窗口傅里叶变换滤波算法基础上,对散斑条纹图像进行了滤波,证明了该算法的可行性和良好的滤波效果,可用于各类条纹图像的低通滤波.     

干涉条纹快速加窗傅里叶滤波方法的研究

滤波是干涉图像处理中的关键问题之一。为解决加窗傅里叶滤波在干涉条纹处理中运行时间长的问题,采用了快速傅里叶变换算法用以减少计算时间。通过加窗傅里叶变换,克服了傅里叶变换在干涉图相位局部信息不能提取的缺点,提出了一种快速加窗傅里叶滤波方法,实现了干涉条纹的快速滤波。在保证滤波效果的同时,缩短了计算时间,大大提高了干涉条纹处理速度,从根本上解决了加窗傅里叶滤波耗时长的问题,使得加窗傅里叶滤波方法应用于散斑在线检测成为了可能。实验验证了本方法的快速性、有效性和可靠性。     

基于快速傅里叶变换的条纹图像处理研究

为提高船体扭转角变形测量精度,对双光栅干涉测量法产生的莫尔条纹采用快速傅里叶变换频域处理。采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别对图像进行快速傅里叶变换,对比分析图像频谱,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息。分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中高频噪声,获得莫尔条纹有效信息。实验结果表明,莫尔条纹的频域处理精度远高于空域处理结果,使扭转角测量精度提高到1.2″。     

空间调制傅里叶变换红外光谱仪分束器楔形误差分析

由于空间调制傅里叶变换红外光谱仪中分束器加工精度的限制,分束器基片会存在一定的楔形误差。通过对光束在分束器中传播特性的分析,计算得到楔形误差的楔角引入的光程差改变,进而获得干涉光强和复原光谱与楔角之间的函数关系;通过数值仿真发现,楔形误差会导致复原光谱中谱线向低频方向发生频移,并且会降低光谱的分辨率。通过理论分析,得到波数精度与光谱分辨率所对应的楔角误差容限。针对于楔形误差导致的干涉图像光强分布变化,提出了利用离散光谱序列解线性方程组的光谱校正方法,取得了满意的光谱校正效果。     

大剪切电子散斑干涉的载频调制与位移场测量

将电子散斑干涉场的载波调制引入到大剪切电子散斑干涉中,通过对参考物的微小偏转引入载波条纹;利用傅里叶变换法,解调出了变形场的相位,从而实现了物体变形场的精确测量。讨论了大剪切载频的调制机理,理论分析表明,调制条纹的空间频率与参考面偏转的角度成正比;因此,控制参考面的偏转角度可实现不同位移量系统的调制。利用中心加载周边固定圆盘进行了典型实验,实验结果证明在大剪切电子散斑干涉技术中可以通过参考面的旋转高质量地实现电子散斑干涉条纹的调制,求解位移场。该系统具有系统简单,不需要专门引入参考光,条纹质量好等优点。该技术可扩展电子散斑干涉的应用范围,有一定的实际应用价值。     

减模式下数字散斑干涉光强不均匀性对检测的影响和校正方法

在数字散斑干涉测量中,照明光的不均匀或被测试物反射光的不均匀,会导致条纹图像不均匀,严重时甚至会引起条纹的丢失.在分析剪切型散斑干涉原理的基础上,基于散斑相位差的主值在(-π,π]均匀分布的假设,提出了减模式下光强不均匀的校正方法,即通过构建一个新的强度分布函数,分区域消除背景光强,从而消去光强调制项,使干涉条纹图的显示强度变得均匀.将该方法应用于受到强烈冲撞的航空复合材料的剪切散板干涉测量中,将原来隐藏在光强较弱区域的条纹清晰地显示了出来.表明本文的方法能有效地降低光强不均匀性对散斑干涉条纹图的影响.     

基于数字散斑照相术测量刚体面内位移

数字散斑照相术通常测量刚体的面内位移。从基本原理着手,研究了基于散斑照相术的两种常用方法,即数字图像相关法和傅里叶变换法。论述了数字图像相关法中的亚像素梯度算法,讨论了如何选择子区的大小,优化测量结果;傅里叶变换法通过对散斑图进行傅里叶变换和数学形态学等一系列操作,获得精确的条纹间距,从而更好地计算面内位移。实验结果表明,傅里叶变换法的测量精度要高于数字图像相关法。     

三维电子散斑干涉载频调制及其在柴油机上的应用

将电子散斑干涉场的三维载波调制技术应用到三维物体变形测量中.用水平方向、竖直方向及垂直试件表面的三路相干光分别照明物体，在水平和竖直方向通过控制反射镜的微小偏转引入载波，实现位移场干涉条纹的调制；利用物体的微小偏转实现离面位移场干涉条纹的调制；结合傅里叶变换法，分别解调出变形场的位相，从而实现了物体三维变形场的精确测量.将该技术应用到柴油机油泵的三维位移测量上，成功测量了油泵的三维位移场.     

双波长剪切散斑干涉法在复合材料缺陷检测中的应用

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量,选用双波长激光照射和彩色相机,用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离,用红色波长相位减去绿色波长相位,得到合成波长相位,经频域滤波和相位解包裹,得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度,解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题,同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度,增强图像处理可靠度,提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比,实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性,实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量,扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围,为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.     

钠光双线光谱下测量平板玻璃折射率实验的优化设计

利用分光仪测量平板玻璃折射率实验中,由于钠光双线光谱的影响,干涉场中往往得不到足够多清晰的干涉条纹,影响实验测量.借助数值计算分析出钠光双线光谱对透射光干涉场分布以及条纹可见度的影响,综合考虑理论结果和工艺要求,选取反射率为0.6、楔角1′左右的平板玻璃,在实验中观测到足够多清晰的干涉条纹,满足实验测量.     

用电子散斑干涉法测微小角度

用电子散斑干涉法建立了微小角度定量测量系统,根据散斑噪声的特点,计算散斑图像沿不同方向的投影及投影的调制度,调制度最大值投影的周期为干涉条纹的宽度.实验结果表明该方法最小可测量角度为10-5 rad.     

测量物体位移的数字白光散斑照相术

给出了一测量物体刚体位移的数字白光散斑照相术。数字傅里叶变换从双曝光字白光散斑图用来产生杨氏条纹。该杨氏条纹能够用数字傅里叶变换结合条纹重构进行自动分析。此外，给出一种条纹质量增强的方法。     

傅里叶变换光谱仪用于白光光谱测量的实验设计

傅里叶变换光谱仪通过迈克耳孙干涉仪中双光束干涉强度与光程差变化之间的函数关系获得光源的光谱信息.基于自制的傅里叶变换光谱仪,利用光敏电阻和数据采集系统记录动镜沿镜面法线方向匀速运动过程中白光干涉图像的强度变化,得到了白光的相干长度,同时对干涉光强随光程差的分布函数进行了傅里叶余弦变换,得到了被测白光光源的光谱分布.     

基于物体像的干涉条纹图像中散斑噪声的识别方法

散斑噪声是激光干涉时的普遍现象,其覆盖被测表面对应区域的形状信息,造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点,提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点,自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系,得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验,对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补,消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。     

利用分数傅里叶变换相关实现散斑相关测量

提出了一种在匹配滤波相关中利用分数傅里叶变换代替傅里叶变换实现散斑相关测量的方法.利用分数傅里叶变换的指数性质,采用把移变后的散斑图像先进行相位调制,再进行分数傅里叶变换的方法,有效地解决了分数傅里叶变换的移变性带来的谱移问题.编程模拟和拉伸试件位移场测量的结果表明,只要选择合适的分数傅里叶变换级次和相位调制函数,可以得到优于傅里叶变换相关的理想输出.     

炮体表面瞬态温度分布的散斑干涉测试研究

为了可以实现对炮体表面瞬态温度分布变化的实时监测,同时克服传统瞬态高温测试仪器单点探测以及热惯性大等局限性,设计了基于散斑干涉与光谱频域分析相结合的瞬态温度分布测试系统。系统采用散斑干涉技术将炮体瞬态温度变化引发的微小形变转换成散斑干涉条纹,再由傅氏变换完成干涉条纹形变到光谱分布的函数转换,从而通过光谱分布函数反演任意采样时刻上的温度分布。实验采用ZX-FB1型光纤测温仪测试单点位置上瞬态温度作为标准值,再由555 nm激光器与面阵CCD采集散斑干涉条纹,分别使用图像识别法与傅氏变换法完成干涉条纹与瞬态温度的算法匹配,从而反演瞬态温度。实验结果显示,两种方法均能实现瞬态温度检测,但基于傅氏变换频谱分析的散斑干涉法精度更高,并且可以有效地克服由表面瑕疵、漆面磨损等问题造成的粗大误差。     

载频调制大剪切电子散斑干涉系统

大剪切电子散斑干涉技术不需要引入参考光，具有条纹质量好等特点。提出将干涉场的载频调制技术引入到大剪切电子散斑干涉中，可形成具有载频调制功能的新的电子散斑干涉系统。该系统具有对测量环境的隔振振动要求低，能方便定量求解物体的变形场等优点。首先讨论大剪切载频的调制机理，然后利用中心加载、周边固定的圆盘进行典型实验，设计了可用计算机控制且可对参考物进行精确偏转的步进电机系统，进而实现了对电子散斑干涉场的自动控制调制。最后，利用傅里叶变换法对调制条纹进行解调，解调出变形场的相位，并通过相位与位移的转换计算，得到精确的物体变形场。实验结果证明，该系统能够调制电子散斑干涉场，求解物体的位移场。     

六角孔的夫琅禾费衍射场的实验演示

采用一维光栅叠加和傅里叶变换对二维矩形光栅构成的矩孔衍射屏进行了分析计算,给出了衍射场光强分布的解析解和数值模拟结果.将内部具有3个不同取向的光栅的六角孔衍射屏看作是由3个不同方向一维光栅的叠加,对构造出的衍射屏进行快速傅里叶变换,得到该衍射屏的夫琅禾费衍射场分布.结果表明,单个六角孔的衍射场仅在衍射场中心处有一亮斑,衍射光强在3个受限方向有展开,演示观察效果不明显;内部具有光栅结构的六角孔的衍射场能明显地反映出六角孔的形状和衍射光强在3个受限方向的展开,演示效果明显.