实验十五 数字散斑测量微小位移的实验

一种基于快速傅立叶变换的数字散斑系统_位移测量论文导读:：本文提出了一种基于快速傅立叶变换的数字散斑系统。

而直接将条纹再进行FFT计算并取强度。

位移测量。

关键词：数字散斑，快速傅立叶变换，FFT，位移测量1. 引言近年来有大量的研究开始基于数字技术对散斑干涉系统进行改进，但一般这些改进的系统只是使用CCD代替全息干板进行二次曝光散斑图的记录，在再现过程中需要应用空间调制器等较贵的电光实时器件，系统构成和软件处理也较为复杂。

本文提出了一种基于快速傅立叶变换的数字散斑系统，仅需使用CCD记录物体位移前后的两幅散斑图，然后直接通过计算散斑图中各处的空间频谱分布，快速获取物像各点的位移大小。

通过实验证明，该方法是有效、且精确的。

系统光路构成简单、算法简明高效，能够有效实现实时的物体位移变化测量，可以满足大量测试场合的需要。

2. 系统构成分析 2.1 基本系统说明传统的散斑干涉记录系统可如图1(a)，其逐点扫描的再现系统如图1(b)。

由于散斑系统不需使用干涉方式记录位移测量，对记录材料的分辨率要求较低，便于用CCD进行数字方式的记录。

(a) 记录成像散斑光路示意图(b) 逐点分析法再现光路图1 散斑干涉计量的记录和再现系统示意图实际上，逐点扫描的再现方式是将记录散斑图的局部进行夫琅和费衍射，其干涉条纹图为散斑图经傅立叶变换的空间频谱的强度。

当散斑图被数字化记录后，其空间频谱信息可以在计算机中通过快速傅立叶变换（Fast Fourel Traslation, 即FFT）直接快速计算获得。

系统仅使用一个CCD和散斑成像光路，取消了散斑再现实时光路，所有再现过程均在计算机中计算完成。

同时还可通过计算快速获得位移的大小和方向信息。

2.2使用空间频谱分析获取位移的方法传统方法中通过光学的逐点分析法获取的散斑图的杨氏条纹图像可如图2(a)所示，其圆形的边界是由于入射光为圆细激光束所致。

在后续处理中，该条纹图还需要进一步测量读出条纹间距和方向。

数字散斑相关法（DSCM ）测量物体面内位移一． 实验目的1．了解和掌握DSCM 测量物体面内位移的方法和技术； 2．学会用DSCM 方法测试试件的面内位移。

二． 实验器材和装置实验试件为方形橡皮。

试验器材有：光源、CCD 、图象卡、监视器、计算机及软件。

光源为白光，由光纤灯产生。

计算机及软件主要由图象采集、相关运算、数据处理等软件模块组成。

实验装置和光路如图1所示。

图1 数字散斑相关方法测量示意图三． DSCM 的基本原理如图1所示，当白光照射到橡皮粗糙表面时，形成随机分布的散斑，用CCD 记录散斑图。

物体表面的散斑随着物体的变形而运动，分析变形前后的散斑图，得到散斑沿U 和V 方向的相对位移，既物体沿横向和纵向的相对变形。

变形前后的两幅散斑图存在相关性。

在变形不大的情况下，物体表面的散斑场的灰度变化可以忽略不计。

设（x ，y ）是变形前的一点，（x*，y*）是变形后的相应点，两者的关系为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂∆+∂∂∆++=∂∂∆+∂∂∆++=y v y x v x v y y y u y x u x u x x **用函数F （x i ，y i ）表示变形前某一点（x i ，y i ）处的灰度值，G （x*I ，y*i ）表示变形后对应点（x*I ，y*i ）处的灰度值，由概率与数理统计理论可知，两者的相关系数为：()[]()[]()[]()[]∑∑∑∑∑∑==**====**----=s ss s s sm i m j j im i m j jim i m j j i jigy xg f y x f gy xg f y x f C 11211211,,,,其中0≤C ≤1；C=1时两者完全相关；C=0时两者完全不相关。

分母分别为两者的均方根，分子为两者的相关矩，f 和g 分别为()i i y x f ,和()**i i y x g ,的平均值。

只要两者相关，则以位移为变量的相关函数C(u, v)曲面为一单峰曲面。

水下微小位移的散斑测试方法
王云山;黄小平;潘秉智;刘业厚;王明吉
【期刊名称】《石油学报》
【年(卷),期】1993(14)1
【摘要】一种水下微小位移的激光散斑照相测试方法。

标定恒温时水下微小位移的精度可以达到3%。

在水面上1m高处以每秒0.2滴水的滴定速率的扰动下,从每次曝光1～10秒,能得到微小位移的双曝光散斑图。

测量了16MnR板试件表面裂纹中心张开位移,结合SCOD法计算了相应的表面裂纹应力强度因子K_1。

把板试件的测值与通常情况下的测值和Newman-Raju解的计算值作了比较,三者符合得很好。

把内充油球形容器内表面裂纹应力强度因子K_1的测值和球形容器外表面裂纹应力强度因子K_1的测值,分别与Schmitt-Keim式的结果作了对比,结果符合得很好。

径比接近1的工业球罐表面裂纹应力强度因子K_1的计算,可以不考虑曲率的影响而选择合理的平板解。

【总页数】7页(P131-137)
【关键词】激光散斑照相;容器;裂纹;管道
【作者】王云山;黄小平;潘秉智;刘业厚;王明吉
【作者单位】大庆石油学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE973.6
【相关文献】
1.电子剪切散斑干涉技术时间相移法在金属梁微小位移测量中的应用分析 [J], 郑柱
2.几种电子剪切散斑相位求解法在简支梁微小位移测量中的应用比较分析 [J], 郑柱
3.基于空间载波散斑干涉的微小位移测量方法 [J], 宋骆林;林振衡;陈军;宋黎黎
4.数字散斑相关法测量微小位移的模型与算法研究 [J], 黄忠文
5.数字散斑相关法测量微小位移的模型与算法研究 [J], 黄忠文
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

激光散斑干涉实验激光散斑干涉实验摘要:激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法，这种方法具有很强的实用价值。

散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量，也可以进行面内微位移测量。

主要是对面内微位移进行了测量研究，利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD记录下来，分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理，并得出了相应的结论。

关键词:激光散斑;位移测量;数字图像处理一、引言激光自散射体的粗糙表面漫反射或通过透明散射体（毛玻璃等）时，在散射表面或附近的光场中会形成无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。

激光散斑在全息图上是一种有害的背景噪声，但由于散斑携带了光束和光束所通过物体的光学信息，于是产生了广泛的应用。

例如，用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度；利用散斑的动态情况测量物体运动的速度；用散斑进行光学信息处理，甚至利用散斑验光等等。

但应用领域最广的是散斑干涉测量技术。

散斑干涉技术在机械工程方面可以用于测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布，在天文学方面可以测量大气的扰动和温度场分布，在医学、力学和光处理等领域也有广泛的影响。

二、实验2.1实验测试系统散斑干涉测量离面位移光路图如下图所示2.2实验原理（1）激光散斑当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。

由于激光的高度相干性，表面散射光在空间中随机相干叠加后会形成一些亮暗分明的区域，且呈现无规则分布，按照在散射面有无透镜，可以将散斑场划分为主观散斑和客观散斑，由于透镜的使用，主观散斑又被称为成像散斑。

（2）利用散斑干涉术测量面内位移散斑干涉计量就是将物体表面空间的散斑记录下来，当物体运动或由于受力而产生变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定规律运动。

因此能利用记录的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。

当测量物体在面内发生位移时，通常在被测物体位移前，将散斑记录下来，然后使物体垂直于光轴发生一微小面内位移d，再次记录。

实验十五 数字散斑测量微小位移的实验实验目的：1. 掌握数字散斑干涉的原理。

2. 学会根据CCD ，激光器等器件，利用计算机进行快速傅立叶变换，测量物体的微小位移。

3. 学会分析思考并处理实验中出现的问题。

实验原理：当一束激光照射到具有漫射特性的粗糙表面上时，在反射光的空间中用一个白色的屏去接收光总可以看到一些斑点，这就是激光散斑现象。

散斑现象是高度相干性光源照明的结果，虽然会降低全息照相时的成像质量，但由于散斑的大小、位移及运动是有规律的，它可以用来进行微小位移的检测、形变测量以及振动研究等。

传统的散斑干涉测量技术采用在同一张底片上记录物体位移前后的双曝光散斑图，并通过会聚透镜进行光学傅立叶变换得到杨氏条纹图。

随着CCD 的日益普及出现了数字散斑干涉技术，散斑图可以方便的记录在计算机中，并使用数字傅立叶变换进行处理和分析，避免了底片冲印测量的繁琐过程，可以实现方便快速的实时测量。

通过CCD 捕获被测物体位移前后的双曝光散斑图，对双曝光散斑图的任一点附近取一小块区域进行两次快速傅立叶变换，可以得到物体位移的方向和距离。

设位移前后的散斑图分别为()21,x x g i 和()2211,u x u x g itd ++，叠加得双曝光散斑图()()()22112121,,,u x u x g x x g x x g itd i +++= (15-1)用快速傅立叶变换对其中一小块区域进行计算，结果为一小幅杨氏条纹图。

()()()[]()[]⎰⎰∆+-∙+++=212211*********exp ,,,dx dx x x j u x u x g x x g G itd i ωωπωω(15-2)上式中，()21,ωωG 为频谱图上的谱面函数，21,ωω为谱面坐标，∆是积分域。

根据傅立叶平移原理，并假设21,u u 很小，可得双曝光散斑图相应的光强为：()()()()()()[]ωπωωωπωωωωωωd V I d I G I g g 2cos 1,2cos ,4,221221'22121+=∙=+= (15-3)式中()21,u u d = ，()21,ωωω=，()1≤V 是杨氏条纹的对比度。

数字散斑相关亚像素位移测量方法研究与实验摘要：本文主要研究数字散斑相关亚像素位移测量方法，通过实验验证了该方法的可行性和有效性。

本文首先介绍了数字散斑相关技术的原理，然后详细阐述了亚像素级位移测量方法，最后通过实验数据验证了该方法的准确性和稳定性。

本文的研究成果对于数字散斑相关技术的应用具有一定的指导意义。

引言：亚像素级位移测量技术在现代工业和科学研究中具有广泛的应用，如显微镜、机器人视觉、医学影像等领域。

传统的位移测量方法通常采用光学干涉、机械接触等方式，这些方法存在一定的局限性和不足之处。

数字散斑相关技术作为一种新型的位移测量方法，具有非接触、高精度、高稳定性等优点，已经成为研究的热点之一。

本文主要研究数字散斑相关亚像素级位移测量方法，并对其进行了实验验证。

相关工作：数字散斑相关技术是一种基于图像处理的位移测量方法，其基本原理是利用两幅图像之间的散斑纹理变化进行位移估计。

该技术具有较高的测量精度和稳定性，已经被广泛应用于许多领域。

近年来，随着计算机技术和图像处理技术的发展，数字散斑相关技术得到了更广泛的应用和发展。

方法：本文采用数字散斑相关亚像素级位移测量方法，具体步骤如下：首先，采集两幅待测目标的图像，并提取其中的散斑纹理特征；然后，利用数字散斑相关算法计算两幅图像之间的散斑纹理变化；最后，根据计算得到的散斑纹理变化进行亚像素级位移估计。

在实验中，我们采用了不同的参数设置和数据集进行了实验验证，以探究算法的性能和稳定性。

实验：我们采用了不同类型和尺寸的散斑纹理进行实验验证，包括随机散斑、周期性散斑和不同尺寸的图案散斑等。

实验结果表明，本文提出的数字散斑相关亚像素级位移测量方法具有较高的准确性和稳定性。

激光散斑法测钢制简支梁微小位移土木建筑学院土木工程0409班郑楠、牙韩胜、张勇激光散斑干涉方法是近20年来发展起来的一种新的实验应力分析方法。

该方法所依据的理论就是相干光相遇时会发生干涉而形成条纹，我们最熟悉的例子是杨氏干涉条纹，而杨氏干涉条纹是由两个点光源发出的波所形成的。

例如用相干性很好的激光照射物体漫反射表面，这些表面漫反射光好像无数小的相干点光源所发出的光，它们之间也是相干光，彼此也要发生干涉，但在很多点光源的情况下，干涉不再具有规律性，而是在物体表面前边的空间形成了无数随机分布的亮点和暗点，这就是散斑。

因为是激光做光源，所以叫激光散斑。

采用成像透镜，将物体表面随机分布的散斑连同物体的象一起用全息底片记录下来，就可得到散斑图。

如采用双曝光法散斑照相进行力学量测，就是将物体变形前的散斑图与变形后的散斑图记录在同一张全息底片上，再将这张带有物体变形信息的底片，放在一定的光路系统中，即可将散斑图中贮存的信息提取出来，即是散斑测量。

实验目的本实验利用激光散斑法和杨氏干涉的原理来达到测量钢制简支梁在不同集中载荷作用下的微小位移，将实验测量结果与理论计算值进行比较分析。

实验原理用激光照射被测物体漫反射表面，形成空间散斑场。

使用成像透镜(可用付里叶镜头或制板镜头，也可用普通放大镜)将激光照射物体表面形成的散斑，记录在全息底片上，得到散斑图。

即在被测物体变形前和变形后进行两次曝光，将两个散斑场记录在同一张底片上，得到带有物体表面变形信息的双曝光散斑图。

将记录了物体位移信息的双曝光散斑图经显影，定影之后，放在一定的光路系统中，便可把散斑图内贮存的变形信息提取出来，即是散斑图分析。

本实验对散斑图分析采用逐点分析法(如图2所示光路)。

当用同一底片对物体变形前后的两种状态做二次曝光，在底片上就得到了物体表面在变形前后的二个散斑图像的迭加。

考虑物体表面的一个微小的区域，这个小区域里各点的位移大小和方向可以看成是相同的，也就是可以认为在物体变形过程中，这个小区域只发生整体移动，这样的小区域称为准平移区。