激光散斑数字相关法测量微小位移
激光散斑的测量报告1
实验报告 5- （姓名：张正宇 学号：PB04210181 日期：2006.3.6） 实验题目：激光散斑测量实验目的：通过对激光散斑大小的测量，了解激光散斑的统计特性，学习有关散斑光强分布重要的数据处理方法。
实验器材：氦氖激光器，双偏振片，全反射镜，透镜 ，毛玻璃，CCD ，计算机。
实验原理：激光散斑是由无规散射体（实验中为毛玻璃）被相干光照射产生的。
散斑场按光路分为两种，一种是在自由空间中传播而形成的客观散斑（本实验研究的情况），另一种是由透镜成象形成的主观散斑。
散斑的大小、位移及运动变化可以反映光路中物体及传播介质的变化。
试验中用的是激光高斯光束，其传播时光场的等振幅线在沿光路方向为双曲线。
光斑最细的位置为束腰。
激光经过凸透镜时其偏角会变化，会产生新的束腰。
毛玻璃离透镜的距离改变时，照在其上的光斑半径也随之改变。
实验是通过用计算机测量散斑的变化来算出光路中毛玻璃的移动情况。
激光散斑光强分布的规律由相关函数来描述。
自相关函数为：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉归一化后为： 其中： 互相关函数为：G C （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ’(x 2,y 2) 〉归一化后为：其中数据处理：实验光路图如下：)](ex p[1),(222S y x y x g ∆+∆-+=∆∆})](/1[ex p{})](/1[(ex p{1),(212212S P P d y S P P d x y x g y x C ρρ++∆-++∆-+=∆∆))(/1(12P P d x x ρ+-=∆W P S πλ/2=实验装置图 1.氦氖激光器 2.双偏振片 3.全反射镜 4.透镜 5.毛玻璃 D 7.计算机试验中原始数据如下：理论数据如下：激光波长λ = 0.0006328mm常数π = 3.14159265CCD 像素大小=0.014mm激光器内氦氖激光管的长度d=250mm会聚透镜的焦距f ’=50mm 激光出射口到透镜距离d 1=650mm透镜到毛玻璃距离=d 2+P 1=150mm毛玻璃到CCD 探测阵列面P 2=550mm毛玻璃垂直光路位移量d ξ 和d η， d ξ=3小格=0.03mm ，d η=0理论值计算：一．照在毛玻璃上激光光斑的平均半径为：则由公式：得激光管口处腰束半径为： )(2244.0)(4244.21415926.398.632*25.001mm m E E w =-=-=2'2012'11''2)()1(d f W f d d f f λπ+---=得mm E 55.53)4328.6*502244.0*()506501(6505050d 2222=-+---=π由公式：2'2012'120102)()1(f W f d W W λπ+-=得2101)(πλd w =mm E W 01726.0)50*4328.62244.0*()506501(2244.0222202=-+-=π则 p1=150-53.55=96.45mmmm E W a 479.14328.6/01726.0*/220=-==πλπmm a p W p W 1257.1)479.1/45.961(*01726.0)/11()1(2/1222/1220=+=+= mm p a p p 47.96)45.96/479.11(*45.96)1/1(1)1(2222=+=+=ρmm E W P S 0984.0)1257.1*/(550*4328.6/2=-==ππλ二．∆x 和∆y 的计算∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P 1))＝0.03*(1 + 550 / 96.47)＝0.2010mm∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1))＝0mm实验值的计算：三．照在毛玻璃上激光光斑的平均半径，毛玻璃的平均实际位移量的计算S1＝(Sx ＋Sy)/2=(10.05+11.96)/2=11.005 (象素)S2=(8.57+11.20)/2=9.885 (象素)S3=(8.57+11.31)/2=9.94 (象素)S4=(9.55+14.66)/2=12.105 (象素)S5=(8.56+10.88)/2=9.72 (象素)S6=(8.11+11.54)/2=9.825 (象素)S ＝0.014*(S1+S2+S3+S4+S5+S6)/6=0.014*(11.005+9.885+9.94+12.105+9.72+9.825)/6=0.1458mm则照在毛玻璃上激光光斑的平均半径为：mm E S P w 7598.01458.0*4328.6*5502=-==ππλ ∆x =0.014*(18+17+18+19+17)/5=0.2492mm毛玻璃的平均实际位移量mm P P xd 037.047.9655012492.0)(112=+=+∆=ρξ 误差分析：试验中求得毛玻璃的平均实际位移量为0.037mm ，而理论值为0.03mm ；照在毛玻璃上的光斑半径理论值为0.0984mm ，而实际测得为0.1458mm 。
飞秒激光散斑相关法测量微小位移的装置和方法[发明专利]
![飞秒激光散斑相关法测量微小位移的装置和方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d893c2f7fc4ffe473268abe4.png)
专利名称：飞秒激光散斑相关法测量微小位移的装置和方法专利类型：发明专利
发明人：周常河,刘文军
申请号：CN200610026621.2
申请日：20060517
公开号：CN1844844A
公开日：
20061011
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种利用飞秒激光散斑相关法测量微小位移的装置和方法。
装置构成主要包括飞秒激光源和CCD摄象机及计算机控制和处理系统，所述的方法利用该装置将物体移动前后的散斑场分别用CCD 探测器记录下来并储存于计算机中，对移动前的散斑场和移动后的散斑场进行相关性运算，就可以确定出场的移动量；本发明可以对散斑场移动作实时测量；精确到亚像素大小。
飞秒激光与分子、生物体的相互作用导致散斑的产生是常见的现象，本发明利用飞秒散斑的信息，可以得知散射体的空间运动信息有重要意义。
申请人：中国科学院上海光学精密机械研究所
地址：201800 上海市800-211邮政信箱
国籍：CN
代理机构：上海新天专利代理有限公司
代理人：张泽纯
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基于数字散斑自相关技术的微位移测量
收 稿 日期 ：０ ５—１ ２０ ２—０ ５
图 １ Ａｒ ｒ， 关 系 曲线 与 Ａ的
维普资讯
Ｖ０ ． ７ Ｎ０． １２ ４ Ａｕｇ． ２０ ０６
文 章编 号 ：６ ２ ８ １２ ０ ）４—０ ９ —０ １７ —６ ７ （０ ６ ０ ０５ ３
基 于 数 字 散 斑 自相 关 技 术 的 微 位 移 测 量
甄 志强 ， 闫海 涛 ， 正新 汤
（ 南 科 技 大 学 理 学 院 ， 南 洛 阳 ４ １０ ） 河 河 ７ ０３
自相 关 函数对 实验数 据 运用 专 门设 计 的 Ｍａ ａ 序 进 行 处 理 ， 到 物 体 的微 位 移 的值 ， 度 可 达 微 米 ｔ ｂ程 ｌ 得 精
级。
１ 数 字 散 斑 相 关 技 术 的原 理
设一 散射 屏 以速度 做 横 向运 动 ， 而其 出射 平面上 的 ０ Ｙ 坐标 系 固定 不动 。 ，０ 假定 散 射屏 是 一 个 纯 位相 物体 ， 在单 色平 行光 均匀 照明下 ， 斑场 的 自相关 函数 规 范化式 子 通 常表示 为【 散 ４ Ｊ
维普资讯
第２ ７卷 第 ４期
２０ ０ ６年 ８ 月
河 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｎ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｅ ｅ ａ ｃ ｎ ｌｇ Ｎａｕ ａ ｃ ｅ ｅ ｏ ｒ ａ ｆＨｅ ａ ｉ ｅｓｔ ｆＳ ｉｎｃ ｎｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ： ｔｒ Ｓ ｉｎｃ ｌ
Ａ，， ｒｒ ：
激光散斑照相法测量压电陶瓷管的电压响应位移特性
“ 第 ７ 届 全国高等学校物理实验教 学研讨会” 论 文
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ５ — １ ７ ； 修 改 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ８ — ３ １ 作者简介 ： 王中平（ １ ９ ７ ６ 一） ， 男， 山东 临 沂人 ， 中 国科 学 技 术 大 学 物 理 学 院 副教 授 ， 博士 ， 从 事 凝 聚 态 物 理 方 面 的研 究 ．
（ 中国科 学技 术 大 学 物 理 学 院 物 理 实验教 学 中心 ， 安徽 合 肥 ２ ３ ０ ０ ２ ６ ）
摘 要 ： 采 用 激 光 散 斑 相关 法 来 测 量 压 电 陶瓷 的压 电 位 移 特 性 并 标 定 其 线 性 区 间 ．利 用 氦 氖 激 光 器 作 为 光 源 ， 结 合 Ｃ Ｃ Ｄ 成 像 技 术 辅 助 采集 散 斑 图 像 ， 测 量 压 电 陶 瓷 管 的 电压 响应 位 移 特 性 ， 实现 电 压 驱 动 的 微 小 位 移 量 的测 量 ．采 用 计 算
本 文结 合 Ｃ Ｃ Ｄ 辅 助 的激 光 散 斑 技 术 可 以测 定 压
电 陶瓷 管 的伸缩 量 与 电压 的关 系及 其 回滞 效 应 ， 具有直观 、 快速 、 精 确 的优 点 ， 适 合 开 展 本科 生 的
教 学 实验 ．
பைடு நூலகம்
Ｆ
图１ 激 光 散 斑 的 实 验 原 理 图
第 ３ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ３月
物 理 实 验
ＰＨ ＹＳＩ ＣＳ ＥＸＰＥＲＩ Ｍ ＥＮＴＡ ＴＩ ＯＮ
Ｖｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ３
Ｍａ ｒ ．， ２ ０１ ３
激 光 散 斑 照 相 法 测 量 压 电 陶瓷 管 的 电压 响应 位 移 特 性
毕业设计论文——激光散斑测物体位移
武汉轻工大学毕业设计（论文）论文题目：基于激光散斑进行位移测量院系: 电气与电子工程学院学号: 101204222姓名: 王斌专业: 电子信息科学与技术指导老师: 李丹二零一四年五月摘要用散斑法测量无题的位移、应变、振动、等是散斑法在实验力学中的主要应用之一。
这种测量方法不但有非接触的优点，而且可以测量面内及离面的位移。
物体表面以及内部的应变、比较圆满地解决振动与瞬变的问题。
本文主要介绍了散斑测量技术的发展情况，对激光散斑的特性进行了系统的分析。
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。
最后,对以上两种测量法的特点和测量误差产生的原因都作了简单的分析和比较。
关键词：激光散斑；位移测量；数字图像处理；位移散斑图AbstractOne main application of the speckle measurement method in experimental mechanics is to measure the displacement, strain, vibration and so on. This method can not only processed non-contact measurement, but also can measure the in-plane or out-plane displacement and transient. In this paper, we introduced the development of speckle measurement technique, and systemically analyzed the characters of speckle.The laser speckle based on holography is of great practical value and can measure micro-displacement. In surface micro-displacement is focused on in this paper. The two laser speckle patterns are respectively shot before and after the object is moved. Digital speckle correlation method and speckle photography are used to measure a small displacement moved along x or y axle. The above two methods are compared at the end of the paper.Keywords:laser speckle; displacement measurement; digital image process; displacement of speckle pattern目录第1章绪论............................................1.1课题研究的背景和意义..............................1.2激光散斑测量方法的应用............................ 第2章激光散斑测量的基本理论...........................2.1激光散斑的基本概念................................2.2散斑的成因及类型..................................2.2.1散斑的成因2.2.2散斑的类型2.3激光散斑光强分布的相关函数的概念..................2.3.1自相关函数.....................................2.3.2两个散斑场光强分布的互相关函数第3章激光散斑测量方法3.1激光散斑位移测量..................................3.1.1 散斑照相法3.1.2 激光散斑数字相关3.2 测量微小位移实验系统3.2.1 实验内容3.2.2 设计方法3.2.3 数据处理及心得结论................................................. 致谢................................................. 参考文献.................................................武汉轻工大学本科毕业设计（论文）第1章绪论1.1 本论文的背景和意义传感技术、计算机技术和通信技术共同构成信息技术的三大支柱。
实验十五 数字散斑测量微小位移的实验
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。
激光散斑干涉测微原理与应用
Ｖｏ．１ Ｎｏ １ ９ ．３ Ａｕ ．２ ０６ ｇ ０
激 光散 斑 干涉 测 微 原 理 与应 用
高海 燕 ， 李 聪 ， 志刚 赵
，
（・华北 水利 水 电学 院 ， 南 郑 州 ４ ０ ０ ；．河南 农业 大学 河南 郑 州 ４ ０ ０ ： １ 河 ５０ ２ ２ ５ ０ ２ ３ 河 南 国防科学 技术 工业 委员 会 ， ． 河南 郑 州 ４ ０ ０ ） ５ ０ ２
置双孑 径 地阑 ， Ｊ Ｌ Ｌ 两ｉ孑 间距 为 ｔ Ｌ 、 ， 小孑 直径 为 ｄ要求 ｔ 录 ， ＞ｄ 记 ｏ
当 ６ ±ｒ ± １， ５ｒ ｍ １ ３ｒ ± １ ， Ａ时 ，最小 ， Ｉ 即
ｌ ＝２ ａ（ ） （ ［ ２ｘ ＋ ｘ＋厶’ ｌ ｃ１ ｏ
【 摘 要 】 斑 是激 光束 投 射 到 粗 糙 光 学表 面上 产 生 的 斑 点 状 图样 人 们 利 用散 斑 可 以探 测 微 小 的 位 移 ， 就是 散 这 散 斑 计 量 。 文介 绍 了散 斑 干 涉 法 的原 理 及 两 个 用数 字散 斑 干 涉法 进 行 的 实验 本 测 量 火 箭 固体 燃 料 在 机械 和 热 栽 荷 作 用 下 的性 能 ， 用数 字散 斑 干 涉 法 来检 测 金 属 表 面的 缺 陷 。 利
当激 光束 投 射 到 一 光学 粗 糙 表 面 （ 表 面 平 均起 伏 大 即
于光 波 波 长量 级 ） 时 ， 上 即呈 现 出 用普 通 光 见 不 到 的 斑点 状
式 中 ６是 由于形变 引起 点 和 ＋△ 。 相对 位移产 生 点
图样 。 中每 一 个 斑 点称 为散 斑 （ｐ ｃｌ）整 个 图样 称 为 散 的纯相 位变 化。底 片上记 录 的总光强度 可表 示成 １： 其 ｓｅｋｅ ， ４ １
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法在物理实验中，测量微小位移量是非常重要的。
微小位移量的测量可以用来研究物体的运动规律和性质，同时也可以应用到各种不同的领域，例如工程、医学、空间科学等。
光学测量方法是一种常用的方法，它采用光学原理来测量微小位移量，具有非接触性、高精度和高灵敏度等优点。
本文将介绍几种常用的光学测量方法，包括差动测量法、干涉测量法、激光测量法和数字全息测量法，并对它们的原理、应用和优缺点进行详细介绍。
差动测量法是一种基于两束光的相位差来测量微小位移量的方法。
它的基本原理是将两束光沿不同的光路传播，然后再将它们进行合并，通过比较两束光的相位差来测量位移量。
差动测量法在实际应用中有多种实现方式，例如双臂激光干涉仪、激光多普勒测速仪等。
双臂激光干涉仪是最常见的一种实现方式，它采用激光作为光源，通过将激光分为两束，分别沿不同的光路传播，并最终在相位板上进行叠加来进行测量。
在测量时，当被测物体发生微小位移时，两束光的相位差会发生变化，通过测量这种相位差的变化就可以得到位移量。
差动测量法在很多领域都有广泛的应用，例如机械工程、光学工程、材料科学等。
它具有非接触性、高精度和稳定性的优点，在微小位移量的测量中有着很高的应用价值。
但是，差动测量法也有一些缺点，例如对环境条件要求较高，需要较长的测量时间，同时对系统的稳定性和复杂性也有一定要求。
干涉测量法是一种基于光的干涉现象来测量微小位移量的方法。
干涉测量法的基本原理是利用干涉仪的干涉图样来测量光的相位差，从而得到被测物体的位移量。
干涉测量法在实际应用中有多种实现方式，例如薄膜干涉法、多束干涉法和全息干涉法等。
薄膜干涉法是一种常见的实现方式，它采用薄膜反射镜或衍射光栅等器件来产生干涉图样，通过测量干涉图样的变化来测量位移量。
在测量时，通常需要通过对干涉图样进行处理，例如通过解调或者数字图像处理等方式，来得到被测物体的位移量。
干涉测量法在很多领域都有广泛的应用，例如半导体制造、光学显微镜、生物医学等。
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法光学测量是物理实验中常用的一种测量方法，它可以精确的测量微小的位移量。
在物理实验中，微小的位移量是非常重要的，因为它们可以提供关于物体运动和形状的关键信息。
在光学测量中有多种方法可以用来测量微小的位移量，这些方法包括干涉法、衍射法、激光测量法等。
本文将对这些光学测量方法进行详细介绍。
1.干涉法干涉法是一种光学测量方法，它利用光的干涉现象来测量微小的位移量。
当一个物体发生微小的位移时，会导致其表面或表面附近的光程发生变化，从而引起干涉条纹的移动。
通过观察干涉条纹的移动，可以测量出物体的位移量。
干涉法有许多种实现方式，常见的有薄膜干涉、朗伯干涉、迈克尔逊干涉等。
薄膜干涉是一种利用薄膜表面反射光产生干涉现象的方法。
当薄膜表面发生微小的位移时，会引起薄膜的光程发生变化，从而引起干涉条纹的移动。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出薄膜的位移量。
朗伯干涉是一种利用透过两个旋转角度不同的偏振镜的光产生干涉现象的方法。
当光通过两个旋转角度不同的偏振镜时，会产生两束光，这两束光之间会发生干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出物体的位移量。
迈克尔逊干涉是一种利用分束镜将一束光分为两束光，并使其经过不同的光程，然后再通过合束镜使其重新合并产生干涉的方法。
通过改变一个光程使得两束光之间产生相位差，从而产生干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出物体的位移量。
2.衍射法衍射法是一种利用光的衍射现象来测量微小的位移量的方法。
当光通过一个狭缝或者物体边缘时，会产生衍射现象。
当物体发生微小的位移时，会导致其衍射图样发生变化，从而可以通过测量衍射图样的变化来计算出物体的位移量。
衍射法有许多种实现方式，如菲涅尔衍射、菲索衍射等。
菲涅尔衍射是一种利用衍射光产生的干涉现象来测量微小的位移量的方法。
当光通过一个狭缝或者物体边缘时，会产生衍射现象，而衍射光会产生干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出物体的位移量。
激光散斑数字相关法测量微小位移
两种方法的比较ຫໍສະໝຸດ 通过对测量数据分析,发现这两种方法均可以实现对面 内微位移进行测量,但是这两种方法各有特点。干涉法中散 斑图的质量是决定测量结果的重要因素。在实验中发现物 体表面粗糙度对条纹间距会产生直接影响。在实验中也发 现,位移量大小对实验结果有很大的影响,位移太小和太大都 直接降低了条纹质量。相关法根据物体发生位移前后的相 关性进行测量的。实验条件容易实现,而且实验精度也较高。 但是在相关法测量中发现散射基元大小会对测量结果产生 一定的影响,位移量较大时,散斑会产生一定的变形,这对测量 是有很大影响的。
激光散斑数字相关法测量微小 位移
指导教师——张毅 答辩人——刘桐
选题背景
散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，很早以前牛 顿就解释过恒星闪烁而行星不闪烁的现象。由于激光的高 度相干性，激光散斑的现象就更加明显。最初人们主要研 究如何减弱散斑的影响。在研究的过程中发现散斑携带了 光束和光束所通过的物体的许多信息，于是产生了许多的 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，利用散斑进行光学 信息处理、甚至利用散斑验光等等。激光散斑可以用曝光 的办法进行测量，但最新的测量方法是利用CCD和计算机技 术，因为用此技术避免了显影和定影的过程，可以实现实 时测量的目的，在科研和生产过程中得到日益广泛的应用。
实验原理
实物光路图
实验仪器
实验图样
Matalab编程
程序源代码
相关度运算
定标结果
毛玻璃每移动0.05mm对应散斑位移30个像素点
实验中遇到的问题及解决办法
问题：测量中发现散射基元大小会对测量结果产生一 定的影响,位移量较大时,散斑会产生一定的变形,这对 测量是有很大影响的。 解决办法：在定标时分别测定几个不同位移，当出现 相关位移为0时，将该数据除去，反复测量，求平均值。
激光散斑照相法—一种测量微小位移的方法共40页
的方法
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
激光散斑位移测量方法研究
第23卷 第1期2008年3月 北京机械工业学院学报Journal of Beijing I nstitute ofM achineryVol.23No.1Dec.2008文章编号:1008-1658(2008)01-0039-03激光散斑位移测量方法研究李晓英,郎晓萍(北京信息科技大学 光电信息与通信工程学院,北京100192)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。
最后,对以上两种测量法的特点和测量误差产生的原因都作了简单的分析和比较。
关 键 词:激光散斑;位移测量;数字图像处理中图分类号:O436.1 文献标识码:AResearch of d ispl acem en t m ea surem en tba sed on l a ser speckleL I Xiao2ying,LANG Xiao2p ing(School of Phot oelectric I nfor mati on and Telecommunicati on Engineering,Beijing I nfor mati on Science and Technol ogy University,Beijing100192,China)Abstract:The laser s peckle based on hol ography is of great p ractical value and can measure m icr o2 dis p lace ment.I n surface m icr o2dis p lace ment is focused on in this paper.The t w o laser s peckle patterns are res pectively shot bef ore and after the object is moved.D igital s peckle correlati on method and s peckle phot ography are used t o measure a s mall dis p lace ment moved al ong x or y axle.The above t w o methods are compared at the end of the paper.Key words:laser s peckle;dis p lace ment measure ment;digital i m age p r ocess 散斑测量与其他测量方法相比具有光路简单、成本低、调试及操作方便等优点,从而在位移测量中得到了广泛的应用。
激光散斑照相法—一种测量微小位移的方法
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Experiment
一、内容和步骤
测量模拟极限变形 实际应用——压电陶瓷的变形测量 单板记录多样复杂信息的花样
Experiment
极值测量
测量方法： 在压电陶瓷表面贴上一层毛玻璃，放在带 有螺旋测微器的光具座上，调节光路使成 像清晰，拍摄记录一次，然后手动调节螺 旋钮，使沿垂直于成像光路方向产生一定 量的位移（微小），再拍摄记录一次，通 过显影、定影后，再现观察所得胶片，即 可定出运用该方法测量微小位移的极限长 度（包括极大值与极小值）
条纹间距 /cm
× ×
理论位移/um （由条纹间距计算出）
× ×
备注
1 2 3 4 5 6
无条纹 1条纹 （一个椭圆斑） 3条纹 亮纹5条，暗纹2条
15.80/3=5.27 16.80/5=3.36
10.9 17.1
80
90
30、40
30、40
12.00/16=0.75
8.90/14=0.64
u2 ( x, y) u1 ( x, y) e A1 e 物面小位移 ( x x )2 ( y y )2 ik 2u ( x, y) A1e u1 在像面上反映为
x2 y 2 ik 2F
x2 y 2 ik 2v
( x, y) u1 ( x, y) e u2
2 2
M
散斑干涉法测微小位移
《散斑干涉测微小位移》【实验目的】1、通过拍摄自由空间散斑图及成像散斑图，初步了解激光散斑现象及其特点；2．擎握应用散斑干涉全息图设计方法；3、用二次曝光散斑干涉图测量物体表面的面内位移；4、设计用二次曝光散斑图测量透明固体(玻璃)的厚度及其非均匀性。
【实验原理分析与讨论】1、散斑的形成及特征激光自散射体表面漫反射或通过一个透明散射体(加毛玻璃)时，在散射体的表面和附近空间的光场中，可以观察到或用照相记录下来一种无规分布的亮暗斑纹。
这种斑纹称为激光散斑。
它是由散射体上每个面积元发出的基元光波的干涉作用造成的。
在全息术和相干光成像系统中，散斑的存在会影响分辨率，是一种令人讨厌的有害噪声。
近年来，通过研究逐渐发现了它的一些有用的特性。
在某些新的光学系统中，散斑不再是噪声因素，而是一种有用的信息载体．激光散斑．特别是散斑照相和散斑干涉，在表面粗糙度测量、图像处理、运动分析、振动分析、眼球缺陷分析和星体度量学等科技领域中有着广泛的应用，在光学小己成为一个重要的分支。
激光散斑通常可分为空间散斑和像面散斑两类：12空间散斑：如果在散射体G 的正面距离z 的地方放置全息干板记录散斑结构，其散斑的平均直径为 1.22z ds Dλ≈，其中D 是被照亮的散射面直径。
如果在侧面接收，则散斑的平均长度2()z ls Dλ≈ 像面散斑： 像面散斑的平均直径：11.22() 1.22(1+)z ds F Dλλβ≈=式中z1（像距），D （透镜的孔径）β（横向放大率）F （相对孔径的倒数）当散射面位于无限远时，成像面与后焦面重合，散斑的平均直径为1.22() 1.22f ds F Dλλ≈= f 透镜焦距。
2、散斑干涉全息图测量面内位移的光路设计空间散斑（未加成像透镜）非平行光漫反射散斑 像面散斑（放大率>1;<1）散斑干涉光路设计 平行光 空间散斑（未加成像透镜）像面散斑（加成像透镜：放大率>1;<1）空间散斑（未加成像透镜）非平行光透射散斑 像面散斑（放大率>1;<1）平行光 空间散斑（未加成像透镜）面散斑（加成像透镜：放大率>1;<1）3．用二次曝光散斑图测量面内位移(1)反射成像散斑：二次曝光散斑图测微小位移如图是拍摄散斑图的光路布置之一，其中S 是具有光学粗糙表面的平面物体，用扩束后的激光光束照射，L 是成像透镜，H 是全息干板．置于像平面上，成像透镜L 将s 面成像于记录平面H 上，形成成像散斑，如果对浏试物体在运动前后应用二次曝光法拍摄散斑图样，并假定位移的量值大于散斑特征尺寸，那么，在同一底片上就记录了两个同样的但位置稍微错开的散斑图。
粗糙目标激光散斑统计特性及其微运动检测
粗糙目标激光散斑统计特性及其微运动检测粗糙目标激光散斑统计特性及其微运动检测一、引言激光散斑是由于激光束经过光学器件或被光学塑料散射后在观察平面上产生的光斑。
粗糙目标激光散斑是指激光束经过了粗糙表面反射、散射后形成的散斑。
粗糙目标激光散斑广泛应用于微运动检测领域，具有其独特的统计特性。
二、激光散斑的统计特性1. 尺寸分布粗糙目标激光散斑的尺寸分布呈现出复杂的统计特性。
尺寸分布包括散斑的直径、边缘形状等统计参数。
2. 亮度分布粗糙目标激光散斑的亮度分布也是其统计特性之一。
由于散斑是由光波叠加而成，因此散斑的亮度分布可以用高斯分布来描述。
3. 相位分布粗糙目标激光散斑的相位分布也具有统计特性。
相位分布包括散斑的相位差、相位涨落等统计参数。
三、微运动检测原理微小运动是指目标的位置或姿态发生微小变化。
粗糙目标激光散斑可以通过对其统计特性的分析来实现微运动的检测。
1. 原理通过捕捉散斑图像序列并进行相关分析，可以提取出散斑的运动信息。
利用散斑的统计特性，可以计算出目标的微小运动量。
2. 方法常用的方法是基于散斑的相位相关技术。
该方法利用散斑的相位差来计算目标的微小运动量。
通过将散斑图像与参考图像进行相关分析，可以得到目标的相位差的变化量。
四、应用1. 微运动测量粗糙目标激光散斑的微运动检测可以应用于多个领域。
例如，可以应用于工业制造中的精密定位、振动检测等领域。
2. 星敏感器定位粗糙目标激光散斑的微运动检测也可以应用于星敏感器定位。
通过测量星敏感器对星光产生的散斑的微小变化，可以确定目标的方向和位置。
3. 生物医学检测在生物医学领域，粗糙目标激光散斑的微运动检测可以用于细胞生物力学研究、血流测量等方面。
五、总结粗糙目标激光散斑具有独特的统计特性，可以通过对其统计特性的分析来实现微运动的检测。
应用于微运动检测领域，粗糙目标激光散斑有着广泛的应用前景，并在工业制造、天文观测、生物医学等领域发挥着重要作用。
未来的研究可以进一步深入探索粗糙目标激光散斑的统计特性以及其在微运动检测方面的应用，不断完善和提升检测精度和应用范围综上所述，基于散斑的相位相关技术是一种常用的方法，可以利用散斑的统计特性来计算目标的微小运动量。
激光散斑法测量横向微小位移的实验
实验报告实验名称：激光散斑法测量横向微小位移实验实验时间：2015年12月18日班级：xxxx学生姓名：xxx同组人：xxx实验目的：1、观察激光散斑图，了解散斑的成因及特点。
2、掌握二次曝光法测量微小位移的原理和方法。
3、通过实际测量，验证位移量与散斑图像的关系公式。
实验仪器：导轨（800mm）、半导体激光器（650nm，25mW）、功率指示计+十二挡光探头、定时器、毛玻璃、扩束镜、准直镜、干板架、白屏、导轨滑块实验原理：激光散斑：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明的散射体（例如毛玻璃）后，因各点散射光或透射光干涉，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗散斑。
利用激光散斑可以测量微小位移变化，具有无接触、高灵敏度等特点。
本实验中让激光通过具有粗糙表面的毛玻璃，在同一张全息干板上先后曝光两次，这样在同张激光干板上物体两幅散斑图，若物体有位移，则，两散斑图之间有一相对移动。
如果把散斑点看成圆孔，则各散斑点的移动在二次曝光散斑图上就相当于一对对“双孔”。
用激光束照射该散斑图，则会出现类似杨氏双缝干涉的图形。
λ由此可计算出微小位移。
由杨氏双缝理论：△y=ld实验内容与步骤：A、拍摄激光散斑图（1）调节图中实验装置，使得出射光束成为准直平行光。
（2）将毛玻璃片放在一维位移架上，使光斑打在毛玻璃屏中央部分。
（3）调节白屏位置，使白屏上光斑均匀。
（4）将全息干板放在白屏位置，在黑暗中，进行第一次曝光。
（5）微移全息干板位置后，进行第二次曝光。
并对全息干板进行处理，得到稳定的照片。
B、观察激光散斑图在激光器前放入拍好的散斑图，调节实验装置，使白屏上出现清晰的干涉条纹。
C、测量干涉条纹间距用刻度尺多次测量条纹间距,并在导轨上读出白屏与散斑图之间距离。
光波长λ取650nm.实验数据与分析：△y=y i5=0.9+0.85+0.8+0.85+0.85=0.84cm通过衍射条纹测得的位移d=lλ△y =0.2000×650×10−90.0084=1.5×10−5m横向位移L=0.7×1/50mm=1.4×10−5m误差η=d−LL×100％=7.1%L为一次测量量，其不确定度U L取仪器的最小精度2.0×10−5mL±U L=（1.4±2.0）×10−5m对于d，△y五次测量的不确定度公式分别用U=pn 2S x2+△仪2公式来计算，其中△仪取刻度尺的最小测量精度0.01cm，pn取1.24,S x2用贝塞尔公式s=S i−S平均23i=12，l的不确定度取仪器最小精度0.1cm，λ的不确定度取1nm。
激光散斑实验中的数据处理
激光散斑实验中的数据处理激光散斑实验中的数据处理周清博(中国科学技术大学软件学院2002级本科合肥市四号信箱11#132 230027)摘要对激光散斑技术作了简要的介绍，主要介绍激光散斑实验中的数据处理技术和技巧。
详细说明了相关函数的概念和应用，重点讨论信号处理理论如FFT和圆周相关定理在激光散斑测量数据处理中的应用及其意义，并就一些容易被忽略的部分进行了探讨。
关键词激光散斑，相关函数，快速傅立叶变换Data Processing in Experiment of Laser SpeckleZhou Qingbo(2002 undergraduate of SSE, USTC Room 11#132, P. O. Box 4, Hefei 230027)Abstract This article presents a brief introduction of the technology of laser speckle,and focuses on the technique of data processing in the experiment of laser speckle. The concept and application of correlation are explained in detail. The application and significance of Theory of signal processing such as FFT and circular correlation theorem are discussed emphatically and some related forgettable parts are mentioned.Key words laser speckle, correlation, fast Fourier transform (FFT)1.激光散斑简介散斑是一种普遍存在的统计光学现象，它是光波经过介质的无规散射后呈现出的无规分布。
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实验原理
实物光路图
实验仪器
实验图样
Matalab编程
程序源代码
相关度运算
定标结果
毛玻璃每移动0.05mm对应散斑位移30个像素点
实验中遇到的问题及解决办法
问题：测量中发现散射基元大小会对测量结果产生一 定的影响,位移量较大时,散斑会产生一定的变形,这对 测量是有很大影响的。
解决办法：在定标时分别测定几个不同位移，当出现 相关位移为0时，将该数据除去，反复测量，求平均值。
激光散斑数字相关法测量微小 位移
指导教师——张毅 答辩人——刘桐
选题背景
散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，很早以前牛 顿就解释过恒星闪烁而行星不闪烁的现象。由于激光的高 度相干性，激光散斑的现象就更加明显。最初人们主要研 究如何减弱散斑的影响。在研究的过程中发现散斑携带了 光束和光束所通过的物体的许多信息，于是产生了许多的 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，利用散斑进行光学 信息处理、甚至利用散斑验光等等。激光散斑可以用曝光 的办法进行测量，但最新的测量方法是利用CCD和计算机技 术，因为用此技术避免了显影和定影的过程，可以实现实 时测量的目的，在科研和生产过程中得到日益广泛的应用。
两种方法的比较
通过对测量数据分析,发现这两种方法均可以实现对面 内微位移进行测量,但是这两种方法各有特点。干涉法中散 斑图的质量是决定测量结果的重要因素。在实验中发现物 体表面粗糙度对条纹间距会产生直接影响。在实验中也发 现,位移量大小对实验结果有很大的影响,位移太小和太大都 直接降低了条纹质量。相关法根据物体发生位移前后的相 关性进行测量的。实验条件容易实现,而且实验精度也较高。 但是在相关法测量中发现散射基元大小会对测量结果产生 一定的影响,位移量较大时,散斑会产生一定的变形,这对测量 是有很大影响的。
心得体会
本次创新计划让我真正的动手去做一些东西，对做 研究有了一些初步的了解，为未来的发展奠定了基 础。
在做项目的过程中，认识了导师和一些优秀的学， 得到了他们的帮助
与同组成员的配合中，体会到了合作的重要性
谢谢！