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。

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。

Measurement of out-of-plane deformation of curved objects with digital speckle pattern interferometry

Digital speckle pattern interferometry （DSPI） is a high-precision deformation t technique for planar objects. However, for curved objects, the three-dimensional （3D） shape information is needed in order to obtain correct deformation measurement in DSPI. Thus, combined shape and deformation measurement techniques of DSPI have been proposed. However, the current techniques are either complex in setup or complicated in operation. Furthermore, the operations of some techniques are too slow for real-time measurement. In this work, we propose a DSPI technique for both 3D shape and out-of-plane deformation measurement. Compared with current techniques, the proposed technique is simple in both setup and operation and is capable of fast deformation measurement. Theoretical analysis and experiments are performed. For a cylinder surface with an arch height of 9 mm, the error of out-of-plane deformation measurement is less than 0.15 μm. The effectiveness of the proposed scheme is verified.

光阑偏心对数字散斑干涉空间频谱的影响研究

光阑在空间域内对成像光束起到限制的作用,在光学系统中的应用十分广泛。在数字散斑干涉测量系统中,通常采用光阑对物光空间频率进行限制,便于针对待测目标完成后续的信号解调。理想情况下,光阑的中心位置应与光轴重合、且表面与光轴垂直,但在实际过程中,经常由于调整精度问题使得光阑中心偏离光轴,或者由于结构设计问题采用偏心光阑。本文以空间光束的傅里叶变换特性为基础,研究了光阑中心偏离光轴位置对物光和数字散斑干涉空间频谱的影响,并进行了实验验证,理论与实验结果一致。本文对数字散斑干涉系统关键参数设计,具有理论指导意义。

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 。

散斑干涉相位条纹图的频域滤波处理

为了解决在数字散斑干涉技术测量时,散斑干涉相位条纹图像中大量噪声对相位解包裹结果和精度产生严重影响的问题,介绍了一种条纹正余弦分解和频域低通滤波结合的方法,实现了散斑干涉相位条纹图的高精度滤波。该方法的基本思路是在对相位图像进行滤波处理前,先将相位图通过正余弦函数进行映射转换成两幅图,分别经过频域滤波,然后再合成为相位图。这种分解频域滤波方法可以在滤波的同时,有效保留相位跳变信息。实验结果表明：与传统的图像降噪方法相比,该方法能够在保留图像＂尖峰＂信息的基础上,较好地滤除图像中的散斑噪声,方法简单有效,有效解决了传统滤波方法应用在相位条纹图中,相图灰度信息丢失10%~40%的问题。

数字散斑干涉术物体形变测量

基于数字散斑干涉术测量物体形变的原理,研究了物体面内位移及变形的测试技术.采用电荷耦合器件记录变形前后的两幅散斑图,取代传统散斑干涉术中的记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的繁琐的化学湿处理过程.分别用菲涅尔散斑和像面散斑方法获得散斑干涉图,用相减技术得到含有物体形变信息的散斑干涉条纹.设计高斯低通滤波器,对干涉条纹进行处理,提高了干涉条纹的对比度.提出扫描条纹中心行方法,由条纹中心行一维位相分布获得一维物面变形,实现了散斑干涉条纹的自动判读.试验表明,该方法简洁且实用.

双精度数字散斑振动测量系统

给出了一种双精度数字散斑振动测量系统 .该系统结合了普通数字散斑离面振动测量光路和退敏感光路 ,可以对物体的振动进行高精度和低精度 2次测量 ,并利用低精度的测量结果对高精度的测量结果进行相位去包裹 .由于这种去包裹方法是各点独立进行的 。

双目视觉DIC测量系统的离面位移测量精度

采用离面位移测量精度达到10nm～20nm的电子散斑干涉测量系统验证了双目视觉数字散斑相关测量系统的离面位移测量精度。分别用电子散斑干涉测量系统和双目视觉数字散斑相关测量系统同时测量了平板离面位移,并对所测量的位移最大值进行了分析处理及比较。结果表明,双目视觉数字散斑相关测量系统的物体离面位移分布云图与电子散斑干涉测量系统的结果基本相同,且两者位移均方根相差为2.76μm～3.56μm,相对误差为4.59%～7.60%。因此,当被测量物体的离面位移大于4μm时,双目视觉Q400测量系统精度可达到电子散斑干涉测量系统的精度。

离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部缺陷

为了实现对材料内部较深层缺陷的大小和深度的检测,采用弹性理论分析并结合离面位移数字散斑干涉实验的方法,分析了含内部缺陷试件的离面位移分布,并给出了理论解。同时用数字散斑干涉和数值仿真得出试件的离面位移,将3种方法得到的离面位移及其1阶导数的分布做了对比,由对比结果可知,理论、实验及仿真得到的结果非常吻合,并对误差做了分析。从实验得到离面位移的1阶导数可获得缺陷的大小,结合理论计算出缺陷的深度,二者的误差都在允许范围之内。结果表明,利用离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部较深层缺陷具有很高的准确性。

相移数字散斑干涉术测量振动模态

数字散斑干涉技术是一种非接触、全场测试的光学测试方法。用数字散斑干涉术时间平均法测得的物体表面稳态振动，可描述为受高频分量调制的零阶Ｂｅｓｓｅｌ函数。文章提供一种在数字散斑时间平均法测振中使用的相移方案，以消除条纹图中的背景分量，使条纹仅与振幅有关。阐述了此方案的原理，并给出实验的结构和结果。

生物医学工程中的散斑计量法应用

散斑计量法是60年代诞生的实验力学中光测力学的一种,迄今已经得到了很大的发展并在工程各学科领域(包括生物医学)中获得了广泛的应用。本文作者对散斑计量法的基本原理及特点进行了阐述,并分别对散斑照相法、散斑干涉法、电子散斑干涉法、数字散斑相关法和生物散斑法等散斑计量的主要方法及其在生物医学工程领域中应用的发展和现状作了作了概要的介绍。

基于面内位移测量和刚体旋转的形貌测量方法

为了方便地获取物体表面的三维形貌,提出了一种基于面内位移测量和刚体旋转2个要素的测量方法.利用与计算机连接的步进电机精确控制物体的旋转,分别采用电子散斑干涉法和数字图像相关法测量旋转物体产生的面内刚体位移,根据位移计算出物体表面各点的相对高度,进而得出物体的三维形貌.采用该方法对边缘有倒角的半圆柱试件进行了测量,并将测量结果与游标卡尺的测量值进行对比,二者非常接近.实验结果表明,电子散斑干涉法测得的最大误差小于1.20%,数字图像相关法测得的最大误差小于1.75%,由此证明了该方法的有效性和可靠性.

便携式数字散斑测振仪研究

本文介绍一种便携式数字散斑测振仪 ,该仪器具有全场同时测量、灵敏度高、抗干扰能力强和完全自动定量分析的优点 ,可广泛应用于高精度机械的振动特性分析。

临界点附近气—液相变过程的实验研究

本文利用动态数字散斑干涉技术对氟利昂—１３在临界点附近的气液相变过程进行了实验研究，详细介绍了该实验的装置、原理，并给出了氟利昂—１３气液相变过程在临界点附近的数字散斑干涉图象及计算结果。获得了氟利昂—１３全场的密度分布及其变化规律，还获得了气液两相界面厚度及其随温度的变化和临界乳光现象。本文的工作为深入研究气液相变过程在临界点附近的微观机理提供了实验手段和条件。

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。

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。

数字散斑干涉三维变形测量技术研究进展

三维变形可以转换为应力/应变分布,是材料性能测试和结构可靠性分析的关键参数。在众多三维变形测量技术中,数字散斑干涉技术可以高精度地测量三维变形信息,在航空航天、汽车、先进制造、土木工程和生物医学等行业发挥着十分重要的作用。从散斑干涉基本原理出发,详细介绍了几类三维变形散斑干涉测量技术,并分析比较各类方法的优缺点;同时介绍了散斑干涉三维变形测量技术的国内外研究进展和最新应用;最后展望了散斑干涉三维变形测量技术在动态同步测量、测量系统简化以及应用范围扩宽等方面的发展趋势。

微型超声电机定子振型的数字散斑测量

建立了一套微型超声电机定子振型的数字散斑测量系统 ,并利用该系统对直径 1 .6mm、长 6.2 mm的微型超声电机定子的振动模态进行了测量和分析。结果表明 ,该系统可以方便、准确、迅速地测出微型超声电机定子的振动形态 ,从而为微型超声电机的研究和开发提供了一种有力工具。

数字散斑干涉法在工程力学实验教学中的应用

将现代光测力学技术中的数字散斑干涉法引入到工程力学实验教学中,既可以开拓学生的视野,加深对力学知识的理解和掌握,又可以激发学生的科研积极性,并提高学生的实践能力。数字散斑干涉法具有全场非接触测量,操作简单及测量精度高等优点,对工程力学实验教学中的电测方法起到了很好的补充作用。以典型的梁弯曲实验测试为例,利用数字散斑干涉法获得了梁弯曲时的面内位移和正应变分布,应变云图非常直观地显示了梁弯曲正应变沿横截面线性分布的特征。实验结果表明,该方法在工程力学实验教学中是有效和可行的。