电子散斑干涉技术的原理与使用

1、电子散斑干涉技术的使用刘浏 160937导师：杨福俊2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606371目录 特点及基本概念 测量光路及方法 图像采集方法 图像处理2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606372方法特点 测量精度高，实时监测，实时处理；（390780纳米） 全场检验； 非接触性； 结果易于保存；2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606373电子散斑干涉技术一种高精度、非接触式、全场实时的光学干涉测量技术。干涉与散斑相同的频率（相干光）相同的振动方向固定相位差22121 22cosIAAA A2IAA振幅 I 光强 相位差干涉三要素干涉三要素散斑定义散斑定

2、义：当一组相干光照射到粗糙等物体表面引起漫反射，而表面各部位反射所发出的次波在物体表面的前方发生干涉，从而形成大量的明暗相间的光斑。基本依据基本依据随机分布，但是对于固定光源且同一物体表面来说，其分布规律也是一定的，即，散斑空间特性只决定于光源的特性和被照射物体表面。所以，在光源固定的前提下，散斑的特性与物体表面存在着固定的关系。通过对物体发生形变（位移）前后分别测得的干涉散斑信息，进行处理分析，得到物体表面的位移改变量。2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏16063742200( , , )2cos ( , , )( , )rrI x y tAAA Ax y tx y离面测量系统I 光

3、强 A 振幅 I=A2 位移引起相位差 漫反射产生的随机相位差(x,y)(x,y)222w2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606375基于迈克尔逊干涉仪离面干涉系统改进离面干涉系统不足：分光棱镜尺寸受制于被测物体面内测量系统4(x,y)sinuU对应X轴方向的运动，面内运动光路特点：两束光对称入射（消除离面位移）每两束光只能测量一个方向面内位移2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏16063762w(1cos)sinu离面位移、面内位移同时改变相位差分别在特定条件下，分解计算w(1cos)sinu 1w(1cos)sinu剪切散斑分类 基于迈克尔逊干涉光路 基于光楔剪切成像 基

4、于特斯拉棱镜基本想法：产生位错，数学上对自变量进行差分差分放大微小变形，提高测量精度优点：1、无需参考光束，简化实验仪器 2、直接测量表面应变（表面位移的一维导数）2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606377特斯拉棱镜将一束无偏光束分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光，且两束光分离角相对于入射角方向对称.时间平均方法效果图时间平均方法 图像相减方法2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606378tau图像相减方法分类动减动动减静效果图原理：相减消除背景光2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏1606379概率方法基于图像处理中图像平均降噪方法（随机噪声）同时，利用高速相机

5、连续采图技术(x,y)f(x,y)(x,y)g1(x,y)(x,y)KiiggK带噪图像模型平均 (x,y)(x,y)E gf(x,y)(x,y)gK标准差期望值效果图2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏16063710eta图像基本处理图像增强噪声去除目的方法方法内容内容基本分类基本分类作用对象作用对象灰度变换r变换前灰度s变换后灰度线性函数对数函数幂律函数单一像素点空间域滤波法平滑空间滤波锐化空间滤波像素点及其领域频域滤波法傅里叶变换频域滤波傅里叶逆变换低通滤波高通滤波频域图像(r)sT2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏16063711相位解调技术从条纹图中解调出条纹的相位0

6、(x,y)( , )b(x,y)cos (x,y)gg x y1(x,y)( , )b(x,y)cos (x,y)2ga x y2(x,y)( , )b(x,y)cos (x,y)ga x y33(x,y)( , )b(x,y)cos (x,y)2ga x y31202(x,y)g(x,y) (x,y)arctan(x,y)g (x,y)gg使用偏振光学原件用位移改变相位产生相移方法2016/11/30电子散斑干涉技术 刘浏16063712四步相移技术参考文献 Wei-Chung Wang, Chi-Hung Hwang and Shu-Yu Lin. Vibration Vibration

7、measurement by the measurement by the time-averaged time-averaged electronic electronic speckle pattern speckle pattern interferometry methodsinterferometry methodsJ . Applied Optics, 1996,35(22):4502-4509 Ching-Yuan Chang, Shih-Hao Lin, and Chien-Ching Ma. High-resolution . High-resolution electron

8、ic electronic interferometry for interferometry for the measurement of in-plane the measurement of in-plane vibrationvibrationJ.Applied Optics.2012, 24(51):5773-5779 J.A.Leendertz and J.N.Butters. An image-shearing speckle-patternAn image-shearing speckle-pattern interferometer for measuring bending

9、 interferometer for measuring bending momentsmoments J. Journal of Physics,1973,6:1107-1110 Yau Y. Hung ,Charles E.Taylor. Speckle-Shearing Speckle-Shearing Interferometric Interferometric Camera-A Camera-A Tool For Measurement Of Tool For Measurement Of Derivatives Of Derivatives Of Surface-DisplacementJ.Surface-DisplacementJ. Technical Symposium, 1974, 41:169-176 洪友仁，何浩培，何小元. 剪切剪切散斑散斑 一种光学测量技术及其应用一种光学测量技术及其应用J实验力学, 2006,21(6):667-688 杨福俊，何小元，陈陆捷. 现代光测力学与图像处理现代光测力学与图像处理M.南京：东南大学出版