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 。

基于数字散斑干涉技术的物体面内和面外变形测量

数字散斑干涉技术是对物体变形、应变和振动等进行测量的有效方法,而相位测量是数字散斑干涉测量的关键.本文对数字散斑干涉技术应用时间相移技术和空间载波技术这两种相位测量方法,实现对物体面内、面外变形的测量.根据实验结果,对比并分析了两种相位测量方法在相位图质量、测量速度以及多维变形同步测量方面的差异,为数字散斑干涉技术在实际工程中的应用提供了参考.

基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测

针对目前光滑表面力学性能测试困难的情况,建立了一种改进的数字激光散斑干涉测量系统。首先通过新的散斑干涉光路设计实现散斑照射,同时采用空间载波傅里叶变换法,对光滑零件加载变形的动态散斑干涉图像进行处理,最后得到光滑表面的变形场分布情况。该方法不对被测表面进行任何处理,可实现光滑表面的高精度全场变形测量。实验结果表明:最大变形处为镜面板的中央,测得最大变形量分别为1.936、1.861和1.797μm,与中心变形预设值接近。该方法光路简单、测量方案切实可行,能够实现光滑表面变形的快速动态测量。

融合小波与非局部均值滤波的DSPI相位图去噪

相位图去噪是数字散斑干涉测量的关键技术,但现有以正余弦均值滤波与窗口傅立叶变换滤波为代表的去噪方法在相位保真、自适应降噪、操作简便等方面不能完全满足要求。提出了一种新的自适应相位图去噪方法,首先计算原始相位图的噪声方差,然后对图像分别进行正弦与余弦变换后得到两幅图像,再对这两幅图像进行小波同态阈值去噪与非局部均值滤波,最后将处理后的两幅相位图反正切运算并再次估计噪声方差,根据图像噪声方差的收敛情况判断是否继续迭代处理,以实现相位图的自适应降噪。实验结果表明:针对同一张含噪相位图与传统正余弦均值滤波相比,本文方法噪声方差减少了0.38、L算子和减少了0.2、SSIM提高了0.16,同时,图像信息熵仅相差0.1。该方法能够有效抑制相位图中的相干噪声,充分保留相位边缘信息,同时能够有效避免因不适当的迭代滤波次数所导致的相位失真或噪声残留。

光学相干控制中光束相位畸变的诊断与优化

阐述了超短激光光束位相差对相干控制光电流注入的控制作用,发展了一种诊断光束波阵面位相畸变的方案。通过控制基频光、倍频光在全光孔径干涉光场内的等相面保持一致的实验处理方法,制作了一套相位差稳定自动控制系统,并应用于光学相干控制光电流实验中,获得较好的实时控制效果。模块化封装后的相位差稳定自动控制系统能使相干控制实验中控制激光脉冲的相位差在全光口径内保持一致。

背面裂隙对杨木胶合界面力学性能的影响

采用微观数字散斑干涉技术和宏观剪切强度试验相结合,分析并讨论了杨木单板背面裂隙的存在对其胶合界面微观力学性能和宏观剪切强度的影响;采用淀粉糊、淀粉糊/木粉、豆胶3种封闭剂处理杨木胶合界面上的背面裂隙,探讨改性试样微观应变分布和宏观力学性能之间的关联。结果表明：存在背面裂隙的杨木单板胶合界面上的应变数值较大,达到1.5×10^-3～4.0×10^-3,复合材料整体的强度显著减小;不同封闭剂处理背面裂隙的试件,其胶合界面的应变显著大于未处理的试件;封闭剂处理后,杨木单板层积材干强度未能全部提高,湿强度却出现不同程度的下降。

基于能量的DSPI相位图正余弦降噪

针对数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry,DSPI)测量中散斑噪声干扰会导致相位提取困难、测量灵敏度降低的问题,提出基于能量的DSPI相位图正余弦滤波法,克服传统滤波方法不具有自适应性的不足,提高了相位图质量。该方法根据正交小波包能量估算DSPI相位图中的噪声能量;对相位图分别进行正余弦变换,采用均值法平滑处理;利用噪声能量设定滤波阈值,实现相位图有效滤波,文中将噪声能量与正余弦滤波结合可以自适应地进行降噪处理,利用能量控制图像滤波效果。仿真和实验结果表明,基于能量的正余弦滤波法较传统方法可以减少50%的循环次数。证明了本文提出的方法能够有效地对数字散斑干涉相位图进行滤波,提高信噪比。

用于测量雷电流的全光纤电流传感器

雷电流测量是研究雷电的一个重要部分。为此,本文研究了一种用于测量雷电流的全光纤电流传感器。首先,介绍了光纤电流传感器的基本原理及结构组成;其次,在实验室中对该传感器的响应速度、测量精度及测量范围等性能指标进行了测试。结果表明,该传感器的响应速度为微秒级,可测量范围在1 k A～100 k A,动态范围大于40 dB,测量误差小于5%,测量波形与标准的Pearson电流探头测试波形相比一致性较好,该研究为雷电流测量提供了一种新方法。

基于散斑相位条纹方向的自适应正弦/余弦滤波

结合正弦/余弦(sin/cos)滤波技术提出了依据散斑相位条纹图的条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向,依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口,对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波,再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明,该滤波法能有效保护条纹相位跳变信息,对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图,仍能进行有效的条纹滤波处理,滤波后的相位条纹图更逼近于原始条纹走向。