POLARIZED SPECKLE-PHOTOELASTICITY FOR 3-D STRESS ANALYSIS

Combining speckle interferometry with photoelasticity,the absolute retardation fringes in 3-D model are obtained by interference of the polarized rays reflected from the two surfaces of a sandwiched plate inside the model.This method can avoid the troubles introduced by Poisson's ratio μ=0.5 and stress-optical constants ratio A/B=-2 of the photoelastic material in a stress-frozenstate,and yield the re- sults which provide necessary supplementary information for the completely-experimental solution of 3-D stress state.A comparison of experimental results with theoretical ones shoves the feasibility of the method proposed in the present paper.

离面位移的理论与实测值对比分析

以粗糙表面圆形物为对象,研究被测物体的离面位移。其基本路径是:推导出离面位移的理论表达式,暗条纹处离面位移等于半波长的整数倍。搭建实验光路,并通过ESPI专用软件进行调节,对试验成功的四个关键步骤进行详细说明。先通过干涉条纹前后变化数目计算出离面位移的理论值,再通过圆形变形物上的螺旋测微器测出离面位移的实验值。研究表明,实验值与理论值的相对误差仅为2.6%,吻合得非常好。

数字散斑条纹图的滤波方法

在现代数字散斑测量方法中,一般采用减模式来产生数字散斑条纹图,它是进一步图像处理的信息载体,同时不可避免地附带有大量的乘性噪声。为了保证测量精度,在进一步图像处理前必须对其进行降噪,选择合适的滤波方法显得尤为重要。在多年实际经验及阅读了大量文献的基础上,该文对国内外常用的数字散斑干涉条纹图滤波方法进行了分类阐述,选择了一些有代表性的方法予以实现,给出实验结果,并进行了对比分析。最后对数字散斑干涉条纹图滤波方法的发展方向给出了自己的看法。

高速摄影激光照明技术取得新进展

采用衍射型光束匀化器件及多模光纤传光和透镜耦合扩束方法,有效抑制了激光散斑与干涉条纹,解决了大视场平行光束照明时拍摄物体在成像面上的渐晕问题,实现了300mm大口径视场下激光均匀照明和目标的清晰成像,并成功用于柱面内爆压缩、空间碎片等精密物理实验研究中。高速摄影技术与激光照明的成功结合,可有效抑制精密物理实验中强烈自发光导致过度曝光从而大大影响成像质量的问题,获得的物理过程边界形貌更加清晰,判读更精确。

散斑干涉条纹图的总变分去噪方法

去除散斑条纹图中的噪声是电子散斑干涉测量技术的关键问题。提出将总变分图像去噪方法应用于电子散斑干涉条纹图滤波过程中,并对保真系数进行了改进。用总变分模型定义图像的能量函数,利用变分法求得满足能量函数的最优解,将图像去噪过程转化为求解偏微分方程的过程。分别对计算机模拟的条纹图和实验获得的条纹图进行了测试,定性和定量分析的结果表明该技术能够在显著滤波的同时保持条纹的对比度。

用曲线大窗口平滑散斑条纹图的方法研究

提出一种计算条纹方向的简单算法,以及通过条纹方向图获得沿条纹方向的曲线窗口并对散斑条纹图进行曲线大窗口滤波的方法．实验表明此方法较好地消除了散斑条纹图的噪声,同时尽量减小了对条纹结构的损害．为从单幅散斑条纹图中应用条纹中心线法或全灰度法进一步提取相位场的后处理,奠定了良好的基础．

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。

一种通过条纹方向图提取散斑条纹中心线的方法

在光测力学中 ,如何从单幅散斑干涉条纹图中消除散斑噪声 ,高精度自动提取相位信息 ,是一项较困难的工作 .本文提出了一种计算条纹方向的简单算法 ,以及通过条纹方向图提取散斑条纹中心线的方法 .

利用数字散斑照相术测量面内位移

采用数字图像处理技术直接对双曝光散斑图进行全场分析,获取了杨氏条纹图.通过对条纹图的滤波增强、二值化、细化等操作,提取了条纹周期,实现了物体面内微小位移的测量.实验结果表明,该方法可获得高对比度的散斑干涉条纹,经过数字图像处理,条纹细化无断点和毛刺,有利于条纹判读,提高测量精度,其微位移测量误差小于4%.由于散斑图及条纹图像均是在计算机内存储、处理,实现了散斑照相术的数字化,具有一定的应用价值.

新型零差激光干涉仪测量误差因素分析

介绍了新型零差激光干涉仪的测量原理，实验和理论分析了干涉条纹宽度、激光光强、散斑效应对该激光干涉仪测量误差的影响。结果表明，干涉条纹宽度对振幅测量值影响并不明显，测量误差为0．5％；光强变化引起的振幅测量误差为0．5％，光强较弱会增大测量误差；散斑效应引起的振幅测量误差与透镜参数有关，测量误差为0．4％。该新型零差激光干涉仪可有效降低测振系统对测量环境的要求。

基于FFT的散斑干涉术测物体变形

在SPI测量变形物体三维位相的原理上,提出了用一个干涉图法,基于二维FFT实现了散斑干涉图三维位相测试的新方法。选用马赫-泽德干涉系统,用CCD分别接收物体变形前后的散斑图,将两幅散斑图相减可以得到变形物体的散斑干涉条纹图。应用MAT LAB软件编程对散斑干涉图进行二维FFT运算,获得变形物体的三维位相。由三维位相分布可以判读物体的三维变形,进而为后续分析物体的三维应力奠定基础。实验表明,该方法简单、速度快,精度可达到λ/10。

采用自适应可靠因子的联合双边散斑条纹滤波方法

在基于电子散斑干涉法的测量系统中,干涉条纹常常会存在大量噪声从而影响后续相位的提取。为解决双边滤波无法处理大噪声的问题,提出了一种融合加窗傅里叶滤波的联合双边滤波方法并用于处理存在高噪声的电子散斑干涉条纹。在该方法中,引入加窗傅里叶初步滤波后的图像作为联合双边滤波的导向图,并构建更可靠的自适应像素值相似度因子,从而提供更可靠的引导信息和更好的滤波效果。该方法被应用到高、中、低、可变密度4种不同密度的模拟条纹和实验采集到的大噪声条纹上,并将其与原始双边滤波和加窗傅里叶滤波相对比。实验结果表明:与其它滤波方法相比,该方法得到的条纹最光滑,结构最完整。对本文模拟的条纹滤波后峰值信噪比提高1.0~4.2 dB,结构相似度和边缘保持指数最高,相位的均方误差最小。所提出的方法调整更方便,对330×330大小的模拟条纹处理时间仅为4 s左右。

电子散斑干涉条纹骨架线提取的新方法

电子散斑干涉条纹的强噪声特性使其信噪比过低,常用的图像二值化、细化等算法对散斑干涉条纹的骨架提取都存在一定的不足,文章在对散斑条纹图像平滑去噪、对比度增强的预处理基础上,对其进行边缘提取、填充、细化,从而得到干涉条纹的中心骨架线,提出一种基于MAT-LAB的散班图像自动处理算法。结果表明:文中提出的干涉条纹的细化方法可以准确地找到骨架线,为获得面内位移场的等位移线图提供了一种新方法。

结合非连续性测度的方向偏微分方程在电子散斑干涉中的应用

近年来,电子散斑干涉测量技术(ESPI)在光学粗糙表面的变形测量和无损检测方面应用广泛。应用该技术时,条纹图中大量的散斑噪声给提取条纹信息带来了极大的困难。偏微分方程图像滤波方法是一种方案灵活、处理效果良好的图像去噪方法,尤其是方向偏微分方程,因其只沿着条纹方向进行滤波,更适合电子散斑干涉条纹图。由于条纹图的疏密程度不同,因此在考虑滤波方向的同时,还应考虑不同位置像素点的滤波程度。该文在方向偏微分方程基础上引入非连续性测度,提出结合非连续性测度(DCM)的方向偏微分方程。利用该方程对模拟的条纹图以及实际获得的条纹图进行滤波,实验结果表明该文方法能够充分滤除稀疏条纹处的噪声,同时有效保持密集条纹处的重要特征。

光测条纹图处理中免除噪声的正则化条纹法

在光测条纹图自动处理研究领域内有许多不同种类的处理方法，免除噪声的正则化条纹法，或称纯条纹灰度法，是有效的方法之一。本文综述了作者提出的免除噪声正则化条纹法的原理和多种方法。然后对广义旋滤波进行了改进，用于消除 Ｅ Ｓ Ｐ Ｉ图的散斑噪声，并且不损害条纹信号分布。实验表明本方法具有良好的结果和前景。

微尺度位移、形貌测量系统及应用

研制了一套可应用于MEMS器件的微尺度测量系统,可以在受载状态下实时检测MEMS器件的面内位移、离面位移和三维形貌。该系统中,面内位移测量是一个基于白光数字散斑相关方法的显微光学测量系统,与相应的力学加载系统结合,可以得到MEMS器件在受载状态下的实时面内位移;离面位移和三维形貌测量则是一个基于相移显微投影光栅方法的光学测量系统,与相应的力学加载系统结合,可以得到MEMS器件在受载状态下的实时三维形貌和离面位移。最后给出了几个典型的MEMS器件面内位移、离面位移和三维形貌的实测结果。

散斑位移量与照明激光束特性关系的实验研究

激光照射到粗糙物体的表面会形成激光散斑 ,散斑随物体的运动而运动 ,特别是物体在自身平面内运动时散斑的同步运动比较显著 ,因此可以用这一现象测物体的微小位移 .散斑运动规律与照明光束的特性有关 .本文通过实验研究了不同光束照明下散斑位移的规律 ,验证了散斑位移理论 ,并指出散斑位移测量中应注意的问题 .

一种新的数字散斑振动定量分析系统

在数字散斑干涉(DSP I)测量方法中,数字散斑时间平均法测量振动时得到的是贝塞尔条纹,其定量分析比较困难。该文采用贝塞尔条纹准相移技术进行数字散斑振动定量分析,即在参考光路中引入和物体同频率的偏置参考振动,当参考振动的相位改变时,振动条纹会产生移动,这相当于静态余弦条纹的相移,可以采用相移算法对数字散斑振动测量的贝塞尔条纹进行定量分析。文中开发了一种新的数字散斑振动定量分析系统,研制了一种低压光学相移器和测量控制电路,给出了圆周固定圆片和四周固定方铜板的振动测量结果。实验结果表明:采用本系统可以方便地定量测出物体的振动模态。

散斑位移信息图象处理技术及应用

运动学支撑定位精度检测,采用激光散斑干涉法记录被测体特定平面的位移,以获得6自由度刚体位移分量。其图象处理技术是用细激光束对处理好的散斑图进行照射以获取图象(即杨氏条纹图),通过增强、滤波、提取条纹中心线等技术对获取的图象进行处理,提取出杨氏条纹图象在X、Y、Z三个方向的条纹间距,从而分析出被测物体特定平面内的位移信息,精度达到0.4μm。实验证明,该技术提高了运动学支撑定位检测精度。

离焦散斑错位干涉术的逐点滤波分析与应用

通过相关计算,分析了离焦散斑错位干涉术的逐步滤波方法,得到了杨氏条纹的形成及分布特性。讨论了逐点滤波法的实用意义并给出了在缺陷检测中的应用实例。