电子散斑照相与散斑干涉场空间调制技术研究

【摘要】：散斑计量是光学测量技术的一个重要分支。这一技术利用相干光照射在粗糙的物体表面,在空间所形成的散斑,或物体表面自然存在的或人造的斑粒,实现物体表面位移和变形检测。在过去的30多年中,除了对散斑场自身的特性和规律给予深入的研究外,有多种散斑测量技术逐渐发展和建立起来,并在不同的领域中获得了广泛的应用。 在实际测量中,面内变形的测量是用途非常广泛的一种测量方式,因此数字散斑照相(DSP)成为散斑测量技术的一个重要发展方向。DSP方法利用光电设备和计算机完成散斑图的纪录及计算分析,具有方便、实用、高效的特点。电子散斑干涉测量技术(ESPI)近二十年来已成为变形场测量的重要方法。散斑干涉测量利用条纹分析实现形变的无损测量。若干种成熟的相位测量技术已应用于条纹分析中,大致分为时间相位测量法和空间相位测量法。实际测量环境大多不稳定或测量过程需动态进行,因此位移场的动态测量更具有实用价值。 本文就电子散斑照相与电子散斑干涉测量方法进行了研究和讨论,主要内容概括如下: 1.回顾了散斑干涉计量的历史发展;系统介绍了散斑计量的主要检测技术,包括散斑照相技术、散斑干涉技术、电子散斑干涉技术、数字散斑相关技术。 2.介绍了电子散斑照相测量的理论、原理及特点。研究了基于傅立叶变换的数字散斑照相法,提出了改善杨氏条纹质量的新方法。基于数字散斑照相技术,对变形前后的散斑图在频域内进行数字处理,提出了归一算法和位移场相位提取法,从而得到高对比度的杨氏条纹图,消除了散斑图的噪声影响,实验验证了方法的可行性与实用性。 3.发展了电子散斑空间载频理论、干涉条纹调制技术,提出新的载波调制方法并将其应用到离面位移的测量当中。采用高精度微电机驱动的条纹编码器对CCD所采集的图象实施一次性空间编码,实时功能强;一次性空间编码降低测量