激光散斑干涉图像

两幅散斑图相减
I是变形前拍的一幅图，I’是变形后拍的图片，Id为两幅图相减 得到的图片。每个条纹对应着一个波长的变化量，通过数条纹级数 大体上得到物体的变形量。 缺点：不能精确到具体的相位角变化。
ESPI四步相移法
I1=I0[1+rcosθ ] I 2 =I0[1+rcos(θ + 90o )] I 3=I0[1+rcos(θ + 180o )] I 4 =I0[1+rcos(θ + 270 )] ( I 4 − I 2) → θ = arctan ( I 1 − I 3)
剪切散斑的应用
1 广泛用于物体 振动测量、轮 廓测量和模态 分析 2 用于测量高温 物体的位移和 热变形 3 在无损检测方 面也取得了很 多成功的应用
全息散斑和剪切散斑比较
全息散斑主要用来测量物体的三维变形，可以定量的测出物体的具 体的变形量；剪切散斑出现的条纹图是蝴蝶型的，主要用来检测物体 是否有缺陷，无法定量的检测物体的具体变形量，只可定性。
λ
→ (φ 1-φ 2) = 暗条纹 4π
4π
λ
λ
(bc − de)
λ
(bc − de)=(2N+1)π
散斑干涉的应用
1. 力学、建筑工程和机械设计方面的应用：利用散斑位移和散斑干涉图 测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布 2. 在工业生产中的应用：利用对激光散斑的动态测量法测量生产线上工 件及产品的移动速度 3. 在燃烧学和热物理中的应用：利用激光散斑照相技术测量火焰的结构 和温度场的温度分布 4. 在医学研究中的应用：非侵入的测量皮肤下的微循环的速度。测量心 脏的心动图。利用主观散斑的运动规律对人眼进行主观验光 5. 天文学测量中的应用：利用星体斑纹干涉术可Байду номын сангаас克服大气扰动的影响 获得高分辨率的图像 6. 利用散斑进行光学图像处理：例如图像相减等
散斑干涉的图像处理
谢谢
f 2 ( x ) = [cos( f (i, j ) ×
将得到的正弦图和余弦图分别进行 加权滤波，再将滤波后的正余弦图 像合并成一幅图。左下图为相位滤 波后的图像，明显的感觉比较平滑 且边缘效果保持的较好。
傅里叶滤波
傅里叶变换 滤波函数H(u,v) 傅里叶 反变换
F(u,v) 前处理
H(u,v)F(u,v) 后处理
全息散斑
测量面内位移 图 I = I 0(1+ γ cosθ )
测量面外位移
I ' = I 0[1+ γ cos(θ +∆)] ∆=（φ1 '−φ2 ') − (φ1 −φ 2) = (φ1 '−φ1) − (φ 2 '−φ 2) = ∆1 −∆2 (sinθ )u λ 4π ∆ = (sinθ )v λ ∆= 4π
i(ω t+φ )
i(ω t )
u = a [e
]e
iφ
a[ e i ( ωt ) ]决定光的颜色，因为 ω =2π f=2π
c
λ
，其中 π 、 c均为常数
e iφ 和距离有关，一个相位角 φ =2π 对应着一个波长的距离 2π 2π nL ⇒ φ = Ln ⇒ Ln=nL φ=
λ
→ ∆φ =
2π
λ
原始图像
均值滤波后的图像
中值滤波后的图像
相位滤波
理想的包裹相位图沿水平方 向的灰度值的分布是一种锯齿 形分布，为了保存分布中的跳 变信息，先将其转换成正余弦 分布的两幅图像。
f 1( x ) = [sin( f (i, j ) × 2π 255 ) + 1] × 255 2
2π 255 ) + 1] × 255 2
全息散斑与剪切散斑比较
散斑条纹图处理
应用四步相移法所生成的图像被包裹在[-π, π]之间，所以要
得到物体的具体变形量就必须对生成的相移图进行解包裹处 理。由于得到的相移图像具有很多噪声，还应该对图像进行 滤波处理。
滤波：均值滤波 中值滤波 相位滤波 傅里叶变换滤波
均值滤波和中值滤波
均值滤波：用一个像素邻域内各个像素灰度均值来代替该像素的灰度 值。 中值滤波：用一个像素邻域内各个像素灰度的中间值来代替该像素的 灰度值。 比较：均值滤波的平滑性较好，但丢失很多边缘的高频信号，中值滤 波可以很好的保留边缘信号，但比较耗时且平滑效果不好。
o
ESPI测量的是物体变形前和物体变形后两 种状态的相位差，因此我们需要计算出物 体变形前的相位角θ 和物体变形后的相位 角θ’，那么如何测得相位角θ 呢？
四步相移法
∆φ = (
2π
λ
) ∆Ln
相移技术
由原来的计量条纹的级数发展为计量条 纹的位相使测量精度大大提高
剪切散斑
电子剪切散斑干涉测量技术是以激光散斑作为被测化信息的载体， 利用被测物体在受激光照射后产生干涉散斑场的相关条纹来检测相位变 化。利用图像传感器和精确的相移技术，将变化过程中的光学信息实时 地记录下来，由计算机软件处理后显示干涉条纹图，通过数值计算将这 些条纹解析为熟知的物理量 剪切干涉就是采取某种光在像面上产 生两个像，这两个像之间有一个错位 （称为剪切量），当物面用相干光照 明时，这两个像的重叠部分将发生干 涉。
2 1 2 2
I = A + B cos[(φ 1 − φ 2 )]
2 其中A=(a12 + a2 )
B = 2 a 1a 2
当cos(φ 1-φ 2)=1时，I将取最大值，此时将出现亮条纹。 (φ 1-φ 2)=2Nπ 2π 2π = [( Ln)1 − ( Ln)2] = [(2n × ab + 2bc + ao) − (2n × ad + 2de + ao)]
λ
∆Ln
迈克尔逊干涉仪
u1 = a1e
iφ 1
u 2 = a 2 eiφ 2
I = (u1 + u 2 )(u1 + u 2)* = ( a1eiφ 1 + a 2eiφ 2 )( a1e − iφ1 + a 2e −iφ 2 )
2 a 1a 2 c o s [( φ 1 − φ 2 )]} I = ( a + a ){1 + 2 2 ( a1 + a 2 )
f(x,y)输入 频域的滤波基础： g(x,y)增强 图像 1.用(-1)x+y乘以输入图像进行中心变换。 后的图像 2.由(1)计算图像的DFT，即F(u,v)。 3.用滤波器函数H(u,v)乘以F(u,v)。 4.计算(3)中结果的反DFT。 5.得到(4)中结果的实部。 6.用(-1)x+y乘以(5)中的结果
激光散斑干涉图像
报告人：任亚忠 卜伟华 孙建飞 201011010037 201011010049 201017290007
主要内容
1 激光散斑简介 2 全息散斑干涉和剪切散斑干涉 3 条纹图后续处理 任亚忠 卜伟华 孙建飞
激光散斑干涉
散斑检测与传统应变片检测比较
光波的数学表达式： u = a e