激光散斑测量技术与应用研究
激光散斑测量讲解
引言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，因此是值得在教学实验中推广的一个实验。
本实验的目的是让学生初步了解激光散斑的特性，学习有关散斑光强分布和散射体表面位移的实时测量方法：相关函数法，通过本实验还可以了解激光光束的基本特点以及CCD光电数据采集系统。
这些都是当代科研和教育技术中很有用的基本技术和知识。
实验原理激光散斑的基本概念：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（Laser Speckles）或斑纹。
如果散射体足够粗糙，这种分布所形成的图样是非常特殊和美丽的（对比度为1）。
激光散斑是由无规散射体被相干光照射产生的，因此是一种随机过程。
要研究它必须使用概率统计的方法。
通过统计方法的研究，可以得到对散斑的强度分布、对比度和散斑运动规律等特点的认识。
图1 光散斑的产生(图中为透射式，也可以是反射式的情形)图1说明激光散斑具体的产生过程。
当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每一点都要散射光。
因此在空间各点都要接受到来自物体上各个点散射的光，这些光虽然是相干的，但它们的振幅和位相都不相同，而且是无规分布的。
来自粗糙表面上各个小面积元射来的基元光波的复振幅互相迭加，形成一定的统计分布。
由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈，而散斑的大小要根据光路情况来决定。
激光散斑的测量1
激光散斑测量实验目的:本实验介绍单光束散斑技术的基本概念,并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移.实验原理1.激光散斑的基本概念照射产生的，因此是一种随机过程。
要研究它必须使用概率统计的方法。
通过统计方法的研究，可以得到对散斑的强度分布、对比度和散斑运动规律等特点的认识。
图2说明激光散斑具体的产生过程。
当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每一点都要散射光。
因此在空间各点都要接受到来自物体上各个点散射的光，这些光虽然是相干的，但它们的振幅和位相都不相同，而且是无规分布的。
来自粗糙表面上各个小面积元射来的基元光波的复振幅互相迭加，形成一定的统计分布。
由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈，而散斑的大小要根据光路情况来决定。
散斑场按光路分为两种，一种散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑），另一种是由透镜成象形成的（也称主观散斑）。
2. 激光散斑光强分布的相关函数的概念如图3所示激光高斯光束（参见附录1）投射在毛玻璃上(ξ,η),在一定距离处放置的观察屏(x,y)上的形成的散斑的光强分布为Ｉ(x,y)。
（1）自相关函数假设观察面任意两点上的散斑光强分布为Ｉ(x 1,y 1)，Ｉ(x 2,y 2)，我们定义光强分布的自相关函数为：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉 (1) 其中Ｉ(x 1,y 1)表示观察面上任一点Q 1的光强，Ｉ(x2,y2)表示观察面上另一点Q 2上的光强，〈〉表示求统计平均值。
根据光学知识我们知道：I （x ，y ）=U （x ，y ）U *（x ，y ） (2) 式中U(x,y)表示光场的复振幅。
当玻璃板表面足够粗糙（毛玻璃）时,根据散斑统计学的理论我们可以得到如下的公式：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1)〉〈Ｉ(x 2,y 2)〉+|〈U(x 1,y 1)U *(x 2,y 2)〉|2 (3) =〈Ｉ〉2[ 1+μ( x 1,y 1；x 2,y 2）]式中μ(x 1,y 1；x 2, y 2）=|〈U(x 1, y 1) U *(x 2, y 2) 〉|2/〈Ｉ〉2称做复相干系数。
激光散斑的测量
W ( Z ) W0 (1 Z 2 / a 2 )1/2 0.01726 1
S P2 / W
632.8 106 555.0 0.07545mm 1.4816
2. x 和y 的计算
P2 555 x d 1 0.1611mm 1 P 0.03 126.96 1 P2 y d 1 P 0 1
答：由于激光光强起伏周期远大于 CCD 采样的周期，激光器光强时整体下降或 者提升的，最终图像上整体光强大小可能会有变化 6、在本实验中若有一均匀的背景光迭加在散斑信号上，对 S 值的测量有影响 吗？试分析原因。 答：观察面上的光强整体上升了，统计平均值显然会上升，但是不会影响统计分 布。即对拟合没有影响，因此对 S 无影响。
W012
f ' d1
2 01 2 '
50mm
(50 650) 53.55mm 650 2 0.22442 2 (1 ) ( ) 50 632.8nm 50mm
W02 (1
d1 2 W012 2 ) ( ) f' f'
0.22442 0.01726mm 650 2 0.22442 2 (1 ) ( ) 50 632.8nm 50
五．思考题
1、激光散斑测量的光路参数（P1,P2）选择是根据什麽？ 答： 为了得到较好的图像， 一方面需要考虑图像中散斑个数要多已得到的统计数 据比较可信， 另一方面要使散斑图像尽可能地大以获得精确测量。所以实验中需 要调节（P1,P2）兼顾这两个方面，以获得最佳图像 2、为什麽在本实验中散斑的大小用 CCD 象元，而毛玻璃与 CCD 表面的距离可 以用卷尺（最小刻度为 1 毫米）？ 答：CCD 象元由计算机处理，精确度高。有公式 d x
激光散斑测量
激光散斑测量实验报告实验题目：激光散斑测量实验目的：了解激光散斑的原理及应用，掌握散斑的测量方法以及相关的一些函数关系，性质。
实验原理：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles ）或斑纹。
当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每一点都要散射光。
因此在空间各点都要接受到来自物体上各个点散射的光，这些光虽然是相干的，但它们的振幅和位相都不相同，而且是无规分布的。
来自粗糙表面上各个小面积元射来的基元光波的复振幅互相迭加，形成一定的统计分布。
由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈。
当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板，在某一距离处的观察平面上可以看到大大小小的亮斑分布在几乎全暗的背景上，当沿光路方向移动观察面时这些亮斑会发生大小的变化，如果设法改变激光照在玻璃面上的面积，散斑的大小也会发生变化。
由于这些散斑的大小是不一致的，因此这里所谓的大小是指其统计平均值。
它的变化规律可以用相关函数来描述。
可以知道S 与激光高斯光斑半径W （在毛玻璃上的光斑）的关系式为2/S P W l p =。
S 的意义即代表散斑的平均半径。
这是一个以1为底的高斯分布函数。
以下为两个散斑场的互相关函数：实验器材：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.计算机已知数据： 光路参数：d1=650mm d2=59mm r 1()P =92mm P2=537mm P1=92mm激光波长 = 0.0006328mm =632.8nm21212222(1/())(1/())(,)1exp{[]}exp{[]}C y d P P x d P P g x y SSh x r r D ++D ++D D =+--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毛玻璃垂直光路位移量d ξ 和d η， d ξ=5小格=0.05mm ，d η=0理论值:(a) 照在毛玻璃上激光光斑的平均半径01W 0.224403mm =''12222011''d (1)()f d f W d f f p l -=--+02W =由于20/a W p l =221/20()(1/)W Z W Z a =+ 这里Z=P 1,W 0=W 02 所以W(P 1)= 0.990179mm2/S P W l p == 0.109239mmb) 毛玻璃的平均实际位移量0.05d mm x =∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P 1))=0.342mm0d h =∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1))=0实验数据及数据处理实验值：S=112121in s=å=7.30477像素= 0.102267 mm2P W Sl p == 1.05768 mm 误差分析：W 误差为1.05768-0.9901796.8%0.990179=S 误差为0.102267-0.1092396.4%0.109239= b) 毛玻璃的平均实际位移量实验值：x D =1661in x =åD =25.83333像素= 0.362mmy D =1661in y =D å=0误差分析：∆x 误差为0.3620.3425.8%0.342-=∆y 误差为 0。
脑科学研究中激光散斑成像技术的运用-医学技术论文-基础医学论文-医学论文
脑科学研究中激光散斑成像技术的运用-医学技术论文-基础医学论文-医学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：激光散斑衬比成像（Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI）是一种非扫描式实时血流动力学成像技术，具有高分辨率、快速实时成像、非接触、仪器结构较简单等优势。
尽管由于深度分辨率的限制，LSCI主要用于浅表组织测量，但其在神经疾病、皮肤病等领域的基础研究及临床应用中展现出良好的应用潜力。
本文简要地介绍了激光散斑衬比成像技术的基本原理与技术进展，综述了其在脑卒中、吸毒成瘾、阿尔兹海默症等脑疾病以及其他脑科学应用中的研究进展，并展望了其发展前景。
关键词：激光散斑衬比成像; 血流动力学; 脑科学研究;Abstract：Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a powerful and simple non-scanning real-time hemodynamic imaging method, with the advantages of high spatial and temporal resolution, wide imaging field, high-speed imaging, low damage, relatively simple instrumentstructure. After decades of development, it already has had the ability to quantify flow changes with higher resolution. Although LSCI is limited to superficial tissue imaging due to the limitation of depth resolution, it has been playing an important role in the studies and clinical applications of biomedical fields such as dermatology and neurological disease research. This paper briefly introduces the basic principle, typical device and technical progress of LSCI, and reviews the recent progress in brain diseases such as stroke, drug addiction, Alzheimers disease and other applications of brain science. Finally, we discuss the prospects for development of LSCI in the study of brain science.Keyword：laser speckle contrast imaging; hemodynamic imaging; study of brain science;引言大脑的正常生理功能依赖于神经活动与血流动力学之间的紧密配合，这种机制称为神经血管耦合（neurovascular coupling, NVC）。
激光散斑测量(中国科大实验讲义)
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一维自相关函数图
实验曲线
拟合曲线
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一维互相关函数图
实验曲线
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激光散斑实验
什麽是激光散斑现象? 激光散斑现象的特点
激光散斑的应用 散斑测量实验的内容 数据处理的方法和结论
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1
什麽是激光散斑现象?
• 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。
• 经透镜成象形成的散斑是主观散斑 。在自由 空间传播形成的 散斑叫做客观散斑。
xdx(1P 2/(P 1))
gc
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x
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实验相关函数的计算
• 利用CCD和采集卡（10moons）得到的是BMP格式的图 象文件，调用程序可以将BMP图象文件转化为两维的 数据文件，也就是得到了CCD面阵所在的这一面积上 的光强的值I（i, j）(i,j=1,2…,N0) 。利用这些值就可以 计算散斑场的归一化样本自相关函数和互相关函数。 这些由计算机完成。
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由激光器出射的高斯光束
d
2W0
d=250mm ，=0.0006328mm ，w0=0.2244mm
d 1 w0 ( ) 2
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7
高斯光束的复振幅表达式：
I I0
W0 0.135I0
u ( x , y , z ) A exp[ ik ( x y ) ] q(z)
S P W
【精品】激光散斑检测技术
【关键字】精品《无损检测导论》课程论文激光散斑检测技术在航空领域的应用一、应用背景复合材料在航空、航天、兵器、船舶、汽车、建筑、医疗、制药、压力容器、橡胶工业等行业中占的比例越来越大，然而复合材料在生产和使用过程易产生开胶、分层、冲击损伤、渗水、蜂窝变形等缺陷，缺陷的扩展给装备带来安全隐患。
目前国内复合材料的检测普遍采用落后的敲击法、超声波、声阻检测方法，这些方法普遍存在灵敏度低、对操作者要求高、缺陷难以定量和定位、检测速度慢等问题。
国外普遍采用先进的激光错位散斑成像无损检测技术，不仅检测灵敏度高，缺陷可以直观数码成像，还可以精确测量缺陷的尺寸、位置，操作简捷方便、速度快，成为复合材料生产或现场无损检测专门解决方案。
成立于1977年的美国激光技术有限公司(LTI)是世界激光散斑成像无损检测技术的领导者，其激光散斑成像技术克服了其它检测手段和早期激光干涉检测技术的许多瓶颈和局限，广泛应用于飞机、火箭、卫星、导弹、舰船、飞船、装甲等生产或在役检测，在实践中证实了巨大的成本效益和超强的无损检测能力。
二、发展激光散斑检测技术于八十年代初期开始应用于无损检测领域，纵观激光检测技术的发展历史,经历了几个发展阶段。
20世纪80年代,出现了激光全息技术,虽具有灵敏度高的优点,也存在着干版化学处理繁琐、必须在隔振台和一定暗室条件下才能工作的缺点。
通过CCD摄像机取代干版、隔振性能改善等一系列改进,出现了电子散斑干涉技术(ESPI),但其还不能适应现场检测的需要,目前已进入到激光错位散斑技术 (shearography)时代。
激光错位散斑干涉技术该技术具有全场性、非接触、无污染、高精度和高灵敏度、快速实时检测等优点适用于蜂窝夹层结构、橡胶轮胎、复合材料粘结质量的检测，并已在航空、航天、汽车和建筑等领域得到了广泛的应用三、基本原理激光错位散斑干涉也称剪切散斑，是在单光束散斑干涉的基础上，利用有一定角度的玻璃光楔使得成像平面上造成特定的错位，在照相干板得到双曝光错位散斑图，再以适当的光路布置显现出条纹进行分析通过被检物体在加载前后的激光散斑图的叠加，从而在有缺陷部位形成干涉条纹。
使用激光散斑仪检测物体表面粗糙度的技术介绍
使用激光散斑仪检测物体表面粗糙度的技术介绍随着科学技术的不断发展，精确测量物体表面粗糙度的需求也日益增加。
在工业生产和科研领域中，我们经常需要对材料表面进行粗糙度的测量和分析，以确保产品的质量或研究物体表面的特性。
而使用激光散斑仪来进行粗糙度测量则是一种常见而有效的方法。
激光散斑仪是一种利用激光光源和散斑原理进行测量的仪器。
它通过对物体表面反射的激光光束进行观测，获得散斑图像，并通过对图像的分析来得到物体表面的粗糙度信息。
激光散斑仪的原理相对简单，但其在粗糙度测量中的应用却非常广泛。
在进行粗糙度测量时，首先需要将待测物体放置在激光光束的照射下。
激光光源发出的光束照射到物体表面上，并在表面上产生散斑图像。
这些散斑图像包含了物体表面的微小结构和细节信息。
然后，激光散斑仪通过摄像机或光电二极管等感光元件，将散斑图像转化为电信号。
接下来，电信号被传送到计算机等数据处理设备进行图像处理和分析。
在图像处理和分析过程中，可以利用散斑图像的尺度变化和灰度分布等特征来计算物体表面的粗糙度。
通常，粗糙度的评价参数有均方根值（Ra）、最大峰值高度（Rz）、平均峰值高度（Rp）等。
这些参数可以通过对散斑图像的灰度分布进行统计和计算来得到。
与传统的粗糙度测量方法相比，使用激光散斑仪进行测量具有许多优势。
首先，激光散斑仪可以对各种不同材料的表面进行测量，包括金属、陶瓷、塑料等。
其次，激光散斑仪能够实现非接触测量，无需对物体进行接触或破坏。
这对于某些对表面质量要求严格的物体来说尤为重要。
此外，激光散斑仪的测量速度快，可以实时获取粗糙度信息，并且可以进行自动化控制和数据分析。
激光散斑仪不仅在工业生产中有着广泛的应用价值，还在科学研究领域发挥着重要的作用。
在材料科学、光学、表面物理学等领域中，对物体表面粗糙度的测量和分析是不可或缺的一部分。
激光散斑仪提供了一种快速、准确的非接触式测量方法，为研究人员提供了便利。
总之，使用激光散斑仪进行物体表面粗糙度测量是一种简便、准确、快速的方法。
激光散斑及应用
激光散斑及应用激光散斑是激光束经过传播介质产生的一种光强分布模式。
由于激光是相干光，因此具有高度的方向性和单色性。
然而，在经过传播介质后，激光光束会受到介质中的不均匀性引起的散射效应，使得激光束的光强分布变得非均匀，这就形成了激光散斑。
激光散斑分析一直是激光技术研究和应用中的重要内容之一。
激光散斑的特性可以提供很多信息，对于评估激光器的功率、方向性、相位失配等有着重要的意义。
此外，激光散斑的形态和光强分布也与传播介质的性质密切相关，因此可以通过分析激光散斑来研究和评估介质的质量、形态、变形等。
激光散斑可以通过很多方法进行观察和分析。
最简单的方法是使用肉眼直接观察，通过观察激光散斑的形态、大小、亮暗程度等，可以大致评估激光束的质量。
然而，肉眼观察存在主观性和定性分析的缺点，因此更常用的方法是使用激光散斑分析仪器。
激光散斑分析仪器可以用于定量测量散斑的强度分布、尺寸、形态、相位等参数，并且能够将这些参数与理论模型进行比较和分析，从而得到更准确和客观的评估结果。
激光散斑的应用非常广泛。
一方面，激光散斑的分析可以用于评估激光器的性能和质量。
例如，通过分析激光散斑的大小和形态，可以判断激光器的束径和准直性是否达到要求；通过分析散斑的亮暗程度，可以评估激光器的均匀性和功率稳定性等。
这对于激光器的研发、制造和使用都具有重要的意义。
另一方面，激光散斑的特性也可以用于其他领域的研究和应用。
例如，激光散斑分析可以用于研究传播介质的性质和变形。
通过观察散斑的形态和变化，可以揭示介质的内部结构和形态的变化，例如液滴的蒸发、气泡的形成等。
此外，激光散斑还可以用于光学成像和光学信息处理等领域。
通过激光散斑的干涉和衍射效应，可以实现光场的调制、变换和合成，从而实现一些高级的光学功能。
总之，激光散斑是激光技术中的重要内容之一。
通过对激光散斑的观察和分析，可以评估激光器的质量和性能，研究介质的性质和变形，以及实现光学信息处理和成像等功能。
激光散斑技术在物理实验中的应用与分析方法
激光散斑技术在物理实验中的应用与分析方法引言激光散斑技术是一种常用于物理实验中的非常重要的技术。
它利用光的波动性和散射现象，能够提供有关物体特性和光学元件的信息。
本文将介绍激光散斑技术在物理实验中的应用以及相应的分析方法。
1. 激光散斑技术的基本原理激光散斑技术基于激光器发出的高度相干光束。
当这束激光照射到不规则表面或透明介质上时，由于反射、折射和散射的作用，光束会发生衍射，形成一个散斑图样。
这个散斑图样包含了被照射物体或介质的信息。
通过对散斑图样的分析，我们可以得到物体或介质的一些特性参数，如粗糙度、厚度、折射率等。
2. 激光散斑技术在物体表面粗糙度测量中的应用物体表面的粗糙度是一个重要的物理特性，它影响着光学元件的性能。
通过激光散斑技术，我们可以测量物体表面的粗糙度。
具体的方法是将激光照射到被测物体上，然后测量散斑图样的强度分布，并根据散斑图样的特征参数计算出物体的粗糙度。
3. 激光散斑技术在透明介质折射率测量中的应用透明介质的折射率是另一个重要的物理特性。
通过激光散斑技术，我们可以测量透明介质的折射率。
实验中，将激光照入介质中，利用散射的现象，在空气-介质界面上形成一个散斑图样。
通过测量散斑图样的位置偏移量，可以得到介质的折射率。
这种方法非常适用于透明介质的折射率测量，如玻璃、水等。
4. 激光散斑技术分析方法的研究进展在激光散斑技术的应用中，对于散斑图样的分析方法的研究也十分重要。
目前，有许多计算和数学模型可以用来分析散斑图样。
例如，加布-凯曼（Gabor-Kármán）理论可以用来计算散斑的强度分布；菲涅尔（Fresnel）近似可以用来模拟散斑图样的特征参数。
此外，一些自适应的信号处理方法，如小波变换和模糊逻辑系统，也可以应用到散斑图样的分析中，提高测量精度。
5. 结论激光散斑技术在物理实验中具有广泛的应用。
通过激光照射物体或介质，我们可以获取它们的重要物理特性参数，如粗糙度和折射率。
激光器技术在光学散斑成像中的应用研究
激光器技术在光学散斑成像中的应用研究激光器技术作为一种重要的光源，广泛应用于各个领域，其中之一就是光学散斑成像。
光学散斑成像是一种常见的非接触式表面形态检测方法，借助散射光的波前信息，可以获取目标表面的形貌和表面粗糙度等参数。
在光学散斑成像中，激光器技术发挥着关键作用，本文将对其应用进行研究和探讨。
首先，在光学散斑成像中，激光器技术的一个重要应用是作为照明源。
传统的光学散斑成像需要通过某种光源照射目标表面，通过散射光的波前信息来获取表面形态。
而激光器作为一种定向性强、光束质量好的光源，能够提供高亮度的白光或单色光束，从而提供良好的照明效果。
激光器的高亮度和高光强度，使得目标表面上散射的光线明显强于背景光，有助于增强成像图像的对比度和清晰度。
其次，激光器技术还可应用于光学散斑成像系统的波前控制中。
光学散斑成像中，如何获得清晰的散斑图像是一个关键问题。
由于光在通过散射界面时产生散斑现象，形成干涉迹象，导致散斑图像模糊。
为了解决这个问题，可以利用激光器技术进行波前控制。
激光器能够提供一束相干光，通过对发光源的激光器发射功率、光束的调制以及光路的透镜设计等参数的合理设计，可以控制光在目标表面的射向和入射角度，从而使得散斑图像清晰可见，得到更准确的表面形貌信息。
除了用于照明和波前控制，激光器技术还可用于光学散斑成像系统的检测信号采集中。
在传统的光学散斑成像系统中，往往采用相机等光电转换器件来接收散射光信号，并将其转化为可视化的成像结果。
而现代激光器技术可以通过快速的调制和高灵敏度探测器的配合，实现对散射光信号的高速采样和高精度检测。
激光器的高速调制特性使得散射光信号能够被更准确地记录下来，并通过信号处理和数据重建技术来获取更精确的表面形貌和粗糙度等信息。
此外，激光器技术还可用于光学散斑成像系统中的相位测量。
在光学散斑成像中，目标表面散射的光是波前的叠加，不同点上的光程差造成了光的相位差，影响最终的成像结果。
激光散斑测量实验报告
激光散斑测量实验报告实验报告一、引言二、实验仪器和原理实验仪器：激光、透镜、狭缝、幕布、尺子、直尺实验原理：1.激光散斑现象：当激光通过光学元件后，由于光的波动性，光束经过屏幕成为一幅杂乱无章的亮暗交替、相互交错的斑图，这种图案被称为散斑。
散斑的出现是由于光的相位随机分布所导致的，故散斑图案是一种统计性质的成像效应。
2.透镜焦距的测量：当激光通过透镜时，如果透镜的焦距为f，则在焦距前后的位置，散斑图案会有明显的变化。
通过观察焦距前后散斑的大小和形状，可以确定透镜的焦距。
3.狭缝宽度的测量：当激光通过狭缝时，经狭缝后的散斑会变得更加明显。
通过观察狭缝前后散斑的大小和形状，可以确定狭缝的宽度。
三、实验步骤1.将激光照射到透镜上，观察透镜前后的散斑图案。
2.移动屏幕，找到焦距前后的位置，观察散斑图案的变化。
3.测量透镜到焦距前后的距离，计算出焦距。
4.将狭缝放在激光路径上，观察狭缝前后的散斑图案。
5.测量狭缝前后散斑的距离，计算出狭缝的宽度。
四、实验结果及数据处理1.透镜焦距的测量：透镜到焦距前后的距离为d1和d2，焦距为f，根据几何关系可得：1/f=1/d1+1/d2根据测量数据计算得到透镜焦距为f = xx mm。
2.狭缝宽度的测量：狭缝前后散斑的距离为l，透镜到屏幕的距离为D，根据几何关系可得：d=f*l/D根据测量数据计算得到狭缝宽度为d = xx mm。
五、实验讨论1.实验中使用的激光是否满足单色条件？可以通过观察散斑图案的颜色变化进行判断。
2.实验中是否考虑了折射和衍射对散斑图案的影响？3.实验中使用的透镜和狭缝是否满足理想条件？是否考虑了它们的光学畸变？5.实验中的结果是否与理论值相符？如果不符合，可能的原因是什么？六、结论通过激光散斑测量实验，测量得到了透镜的焦距和狭缝的宽度。
实验结果表明，激光散斑测量是一种简便有效的方法，可以用来测量光学元件的性能参数。
同时，实验中也发现了一些实验中需要注意的问题，并提出了一些改进的建议。
激光散斑实验报告
一、实验目的1. 了解激光散斑成像原理和实验方法；2. 掌握激光散斑成像系统操作和数据处理；3. 分析实验结果，验证激光散斑成像技术在图像处理中的应用。
二、实验原理激光散斑成像技术是一种非接触、非侵入性的成像技术，通过分析激光照射在散射介质上产生的散斑图案，可以得到散射介质的二维速度分布图。
实验中，利用激光照射被测物体，被测物体表面反射的光线经过散斑形成，通过图像采集系统获取散斑图像，进而进行图像处理和分析。
三、实验仪器与材料1. 激光散斑成像系统：包括激光器、分光器、透镜、光电倍增管等；2. 被测物体：具有一定速度分布的物体；3. 图像采集卡、计算机、图像处理软件等。
四、实验步骤1. 连接激光散斑成像系统，调试激光器；2. 将被测物体放置在实验平台上，调整物体位置和角度；3. 开启激光器，调整激光束的入射角度和功率；4. 启动图像采集卡，记录散斑图像；5. 利用图像处理软件对散斑图像进行预处理、滤波、边缘检测等操作；6. 对预处理后的图像进行散斑分析，得到二维速度分布图；7. 分析实验结果，验证激光散斑成像技术在图像处理中的应用。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，激光散斑成像系统能够稳定地获取散斑图像；2. 通过图像处理软件对散斑图像进行预处理，去除噪声和干扰；3. 对预处理后的图像进行散斑分析，得到二维速度分布图；4. 实验结果表明，激光散斑成像技术在图像处理中具有较高的准确性和可靠性；5. 激光散斑成像技术可以应用于生物医学、材料科学、工业检测等领域。
六、实验结论1. 激光散斑成像技术具有非接触、非侵入性、快速成像等优点，适用于多种场景下的图像处理；2. 通过实验验证，激光散斑成像技术在图像处理中具有较高的准确性和可靠性；3. 本实验为激光散斑成像技术在图像处理中的应用提供了实验依据。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意调整激光器功率和入射角度，确保散斑图像质量；2. 对散斑图像进行预处理时，合理选择滤波方法和参数，以去除噪声和干扰；3. 在散斑分析过程中，注意选择合适的分析方法和参数，以提高二维速度分布图的准确性。
激光散斑实验实验报告
激光散斑实验实验报告激光散斑实验实验报告激光散斑实验是一种常见的光学实验，通过观察激光光束在不同表面上的散斑图案，可以对光的传播和干涉现象进行研究。
本次实验旨在通过观察激光在不同材料上的散斑图案，探究光的干涉现象以及不同材料对光的作用。
实验装置主要由激光器、透镜、光屏和不同材料的样品组成。
首先，我们将激光器调整至合适的工作状态，确保激光光束的稳定和垂直度。
然后，将透镜放置在激光光束的路径上，调整透镜的位置和焦距，使得光束能够在光屏上形成清晰的散斑图案。
在实验过程中，我们使用了不同材料的样品，包括透明材料如玻璃和塑料，以及不透明材料如金属和纸张。
通过将这些样品放置在激光光束的路径上，我们可以观察到不同材料对激光的散斑效应。
实验中，我们将透明材料放置在光屏上方，而不透明材料则放置在光屏下方，以便观察到不同材料的散斑图案。
观察散斑图案时，我们可以看到一系列明暗相间的环形或条纹状图案。
这些图案是由于光的干涉所产生的。
当激光光束经过透明材料时，光的传播速度和路径会发生变化，从而导致光的相位发生变化，最终形成干涉图案。
而当激光光束经过不透明材料时，光的传播会受到材料的吸收和散射，从而形成不同的散斑效应。
通过实验观察，我们可以发现不同材料对激光的散斑效应有着不同的影响。
透明材料如玻璃和塑料会产生明亮的环形散斑图案，而不透明材料如金属和纸张则会产生暗纹或条纹状的散斑图案。
这是因为透明材料对光的传播影响较小，而不透明材料则会吸收和散射光线，从而产生干涉效应的差异。
除了观察不同材料的散斑图案，我们还可以通过调整透镜的位置和焦距，改变激光光束的直径和聚焦效果，进一步研究光的干涉现象。
通过调整透镜的位置，我们可以观察到散斑图案的变化，从而了解光的传播和聚焦的特性。
综上所述，激光散斑实验是一种重要的光学实验，通过观察激光在不同材料上的散斑图案，可以研究光的传播和干涉现象。
通过实验，我们可以了解不同材料对光的作用以及透镜的调节对散斑图案的影响。
激光散斑测量技术与应用研究
激光散斑测量技术与应用研究引言激光散斑测量技术是一种基于散斑现象的非接触式测量技术，通过激光照射目标物体表面，利用散斑的特性来获取目标物体表面形貌或者表面变形的信息。
该技术具有测量精度高、测量速度快、适用范围广等优点，在科学研究、工业制造、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
散斑现象介绍散斑是指当一束平行光线经过不规则表面或者光束传播介质中的不均匀区域时，由于光的散射而形成的频率和强度的空间变化。
散斑现象的形成原理主要包括两个因素：绕射和干涉效应。
绕射是光线在不规则表面或光束传播介质变化的区域上发生偏折；干涉是不同光线在某一点重新叠加时产生的干涉效应。
通过观察和分析散斑现象，可以获得物体表面形貌、表面变形等信息。
激光散斑测量原理激光散斑测量技术是利用激光的单色性、相干性和定向性，通过激光的投影和散射来实现对目标物体表面形貌或表面变形的测量。
基本的激光散斑测量原理包括以下几个步骤：1.激光照射：将激光照射到目标物体表面，产生散斑现象。
2.散斑记录：使用相机或者其他散斑记录装置记录散斑图像。
3.散斑分析：对散斑图像进行分析，提取目标物体表面形貌或者表面变形的信息。
激光散斑测量技术的应用1. 表面形貌测量激光散斑测量技术可以应用于表面形貌的测量。
通过记录激光照射到目标物体表面的散斑图像，利用散斑图像的信息可以还原出目标物体表面的形貌信息。
这对于制造行业的工件检测、光学元件的表面质量检验等方面具有重要的应用意义。
2. 表面变形测量激光散斑测量技术可以应用于表面变形的测量。
通过记录目标物体在受力或变形作用下的散斑图像，可以分析散斑图像的变化，从而获取目标物体的表面变形信息。
这对于工程结构的应力分析、材料力学性能的研究等方面具有很大的意义。
3. 物体运动测量激光散斑测量技术还可以应用于物体运动的测量。
通过记录目标物体运动过程中的散斑图像，可以利用散斑图像的相位信息提取出物体的运动参数，如速度、加速度等。
这对于机器人导航、运动追踪等领域具有广泛的应用前景。
三级大物实验报告-激光散斑的测量
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： )](ex p[1),(222Sy 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++∆-++∆-+=∆∆WP S πλ/2=其中实验数据（原始数据纸质提交）： N s x /像素 s y /像素 1 8.54 7.94 2 7.62 7.95 3 7.59 7.51 4 8.46 8.28 5 7.77 8.35 6 7.70 7.91 77.747.87))(/1(12P P d x x ρ+-=∆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123 4 5 6735cm30cm15cm55cm数据处理：（1）理论值计算：由公式：2101)(πλd w =得激光管口处腰束半径为：mm E w 2244.01415926.398.632*25.001==-=由2'2012'11''2)()1(d fW f dd f f λπ+---=得mm E 55.53)4328.6*502244.0*()506501(6505050d 2222=-+---=π 由公式：2'2012'120102)()1(fW f d W W λπ+-=得：mm E W 01726.0)50*4328.62244.0*()506501(2244.0222202=-+-=πP1=150-53.55mm=96.45mm)(479.110328.6/01726.0/42202mm W a =⨯⨯==-πλπ)(126.1)479.1/45.961(01726.0)/11()1(2/1222/12202mm a p W p W =+⨯=+=)(47.96)45.96/479.11(45.96)1/1(1)1(2222mm p a p p =+⨯=+=ρ)(0984.0)126.1/(55010328.6/42mm W P S =⨯⨯⨯==-ππλ ∆x 和∆y 计算:(这里d ξ=0.06mm)∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P1))＝0.06×(1 + 550/ 96.47)mm ＝0.4021（mm ） ∆y= d η (1 + p2 / ρ(P1))＝0mm （2）实验值计算：S1＝(Sx ＋Sy)/2=(8.55+7.95)/2=8.25 (像素) S2=(Sx ＋Sy)/2= (7.62+7.95)/2=7.78 (像素) S3=(Sx ＋Sy)/2= (7.59+7.51)/2=7.55 (像素) S4=(Sx ＋Sy)/2= (8.46+8.28)/2=8.37 (像素) S5=(Sx ＋Sy)/2= (7.77+8.35)/2=8.06 (像素) S6=(Sx ＋Sy)/2= (7.70+7.91)/2=7.80 (像素) S7=(Sx ＋Sy)/2= (7.74+7.87)/2=7.80 (像素) S8=(Sx ＋Sy)/2= (7.78+7.69)/2=7.74 (像素) 则S ＝0.014*(S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8)/8=0.014*(8.25+7.78+7.55+8.37+8.06+7.80+7.80+7.74)/8=0.1109mm则照在毛玻璃上激光光斑的平均半径为：mm E S P w 9990.01109.0*4328.6*5502=-==ππλ ∆x =0.014*(36+36+37+37+37+35)/6=0.5087mm 毛玻璃的平均实际位移量mm P P x d 076.047.96/55015087.0)(112=+=+∆=ρξ误差分析：1）试验中求得毛玻璃的平均实际位移量为0.076mm ，照在毛玻璃上的光斑半径理论值为0.0984mm ，而实际测得为0.1109mm 。
激光散斑测量技术与应用研究
激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，选题较为合理。
请尽快确定课题完成方式，完善相关技术路线，开展课题调研论证工作。
80激光散斑测量技术与应用研究1 前言近些年来，激光散斑计量技术发展迅速，已在许多领域得到了广泛应用。
迄今为止，散斑测量技术经历了两个发展阶段：第一阶段1965-1978年，这一发展阶段以纯光学的相干计量技术为主，形成了一系列纯光学的全息散斑计量方法。
对计量机理的解释，主要是用传统的干涉计量理论。
第二阶段70年代末开始，这一发展阶段是以光电结合的精密计量技术为主的，全息散斑计量技术向着高精度、高速度及自动化方向发展，同时，发展出了用统计学方法解释的新理论，该理论更适合描述空间随机分布光场。
激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，主要有：直接照相法，双曝光法，电子散斑干涉法，错位散斑干涉法和散斑相关测量技术等。
它具有全场，非接触，高精度，高灵敏度和实时快速等优点。
现已广泛应用于振动，位移，形变，断裂及粗糙度的测量等方面，成为无损计量领域的有效工具，是当前国际上的热门研究课题之一。
图1.1 激光散斑的技术和应用发展时间路线图2 激光散斑测量基本理论1）散斑的形成一般地说，电磁波以至粒子束经受介质的无规散射后，其散射场常会呈现确定分布的斑纹结构，这就是所谓的散斑。
散斑的形成必须具备两个基本条件: 1）必须有可能发生散射光的粗糙表面。
为了使散射光较均匀,则粗糙表面的深度必须大于波长;2）入射光线的相干度要足够高,例如使用激光从可见光波长这个尺度看，粗糙的物体表面可以看作是由无规分布的大量面元构成。
当相干光照明这样的表面时，每个面元就相当于一个衍射单元，而整个表面则相当于大量衍射单元构成的“位相光栅”。
相干光照射时，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光波动在空间相遇时会发生干涉现象。
当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到形成具有无规分布的颗粒状结构的衍射图样。
激光散斑技术在光学系统中的应用
激光散斑技术在光学系统中的应用光学系统是指利用光学原理设计、制造和应用各种光学元件和系统的技术领域。
光学系统在工业、医学、军事等领域具有广泛的应用，以其高效、精确、可靠等特点，得到了人们的广泛青睐。
而激光散斑技术则是光学系统在测量、检测、成像等方面的重要手段之一。
本文将从激光散斑技术在光学系统中的基本原理、应用范围以及发展趋势等方面进行探讨。
一、基本原理激光散斑技术是指利用激光束通过一定的装置形成呈锥状散射的光斑，通过观察光斑在空间中的形态及其变化，对材料的表面形态和微观结构等进行测量和分析的技术。
其基本原理是激光束照射到物体表面，深度位移不同的表面反射的光强度不同，在背景上形成一张干涉图像，然后通过计算机进行图像处理，提取出物体表面的形态信息。
二、应用范围激光散斑技术在光学系统中的应用非常广泛，下面我们分别阐述一些典型的应用领域。
1.表面形态测量激光散斑技术可以用来测量各种工件的表面形态，比如机械零件、半导体器件、光学元件等。
通过测量这些物体的表面形态，不仅可以检测其制造过程中的缺陷和误差，而且还可以为后续的加工和质量检测提供依据。
2.微观结构分析激光散斑技术可以实现对微观结构的非接触式、快速、精确的测量和分析。
比如可以用激光散斑技术对微型机械系统（MEMS）中的零件进行形状、表面粗糙度等参数的测量。
这对于研究微观加工技术和制造质量的提高有着重要的意义。
3.成像技术激光散斑技术也可以用来进行成像。
在工业生产中，激光散斑成像技术可以用来对微型器件进行三维重建，分析其内部结构；在医学领域，激光散斑成像技术可以用来对眼底、心脏等内部结构进行无创成像，具有很大的潜力。
三、发展趋势随着科学技术的不断发展和进步，激光散斑技术也在不断完善和更新，其发展趋势主要有以下几个方面：1.提高测量精度目前，激光散斑技术已经可以实现亚微米量级的表面形态测量，但是在一些高精度领域，比如半导体器件的制造和MEMS制造等，还有很大的提升空间。
实验报告 激光散斑
实验报告勾天杭 PB05210273题目：激光散斑测量目的：了解单光束散斑技术的基本概念，并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移。
原理：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles）或斑纹。
氦氖激光器(本实验中用长250毫米的内腔式氦氖激光器， =632.8nm)的光束穿过各个元件的通光口径的中心。
光学元件有：双偏振器（用来调节光强），透镜（用来改变激光束的发散角），毛玻璃（用来产生散斑）。
接收器件采用CCD器件，由CCD器件采集的光强信息经过采集卡（插在计算机的插槽内）进行AD变换，由模拟信号变成数字信号，再显示在计算机屏幕上，此数字信号同时存入计算机软盘或硬盘上便于数据处理。
由于激光器的结构决定了激光输出为高斯光束，本实验所用的氦氖激光器输出为束腰在激光器出射孔处的高斯光束。
其束腰大小为：πλdW 01= （1） 它经过透镜后其高斯光束会发生变换，在透镜后方形成新的高斯光束。
2'2012'11''2)()1(d f W f d d f f λπ+---= 2'2012'120102)()1(f W f d W W λπ+-=(2)由（2）可以计算高斯光束经过透镜后的束腰位置d 2和大小w 02经过透镜后的高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小W 可以由计算氦氖激光器的高斯光束的传播特性得到：2/1220)/1()(a Z W Z W += （3）)/1()(22Z a Z Z +=ρ （4）其中λπ/20W a =这里Z=P 1，而P 1=透镜到毛玻璃的距离-d 2，W 0=W 02。
再由W P S πλ/2= (5)可以求得散斑的统计半径S 。
由 ∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P 1)) ∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1)) 可求出∆x 和∆y 1像素=14μm数据及处理：光路参数：P 1+d 2=15cm P 2=55cm d 1=70cm f ’=5cm d=250mm λ=632.8nm2'2012'11''2)()1(d fW f dd f f λπ+---=；πλd W 01=201W d πλ=''121221''12222010222222101120221d 15(1)()5701559.6159527339.61670 2.5155111f d f cm P d d f fcm cmP cm cm cm cm cm cm cm cm d W W d d W d f f f f W da d d f f λππλπλ-=-=--+-=-+=≈⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+-+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎝⎭⎝22222221121 2.50.01447770 2.51550.014477()19.61619.6169.616cmcmcm cm cm cm a cm P P cm cm cm P ρ==⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+=⨯+≈ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭619.747746ii SS ===∑像素=136.46838μm照在毛玻璃上激光光斑的平均半径2=632.8nm 55cm 3.14134.46838824.29P w m m Sλμμπ=⨯÷÷= m d d i iμξξ422.3167.30661===∑=像素毛玻璃的平均实际位移量 m cmcm mP P d x μμρξ85.62616.9/5513.422)(112=+=+=∆本实验中，调整光路是最关键的一步。
基于激光散斑技术的白内障诊断装置研究进展
基于激光散斑技术的白内障诊断装置研究进展激光散斑技术是一种先进的光学测量技术，已经在白内障的诊断和治疗领域中得到广泛应用。
本文将探讨基于激光散斑技术的白内障诊断装置的最新研究进展。
白内障是一种常见的眼部疾病，由于水晶体的混浊导致视力下降。
传统的白内障诊断方法包括眼底检查、视力测试和A/B超声波检查。
然而，这些方法无法提供关于白内障的详细信息，如病程、类型和严重程度。
因此，研究人员开始探索使用激光散斑技术来改善白内障的诊断。
激光散斑技术利用光的散射现象，通过测量散射的光束的特征来获取样本的信息。
在白内障诊断中，激光散斑技术可以用于评估水晶体的结构和光学特性，从而确定白内障的类型和严重程度。
它可以测量散射的光强度、散射的方向和散射的程度，无需接触患者的眼部，非常方便和安全。
在最新的研究中，科学家们通过优化激光散斑技术的参数和使用先进的图像处理算法，取得了巨大的进展。
他们成功地开发出了一种高分辨率的白内障诊断装置，可以实时获取患者眼部的散斑图像，并自动分析和诊断白内障的类型。
这种装置具有高灵敏度和准确性，可以在早期阶段发现和诊断白内障。
此外，研究人员还将激光散斑技术与其他新兴技术相结合，如光学成像和机器学习算法。
通过将激光散斑图像与眼睛模型对比，他们能够获取关于白内障的更多详细信息，如白内障的形状、大小和位置。
机器学习算法可以通过分析大量的白内障图像数据来提高白内障诊断的准确性和效率。
尽管基于激光散斑技术的白内障诊断装置在研究中取得了显著的进展，但仍存在一些挑战和限制。
首先，装置的成本较高，限制了其在临床中的广泛应用。
其次，装置的体积较大，需要专门的设备和空间。
此外，对于特定类型的白内障，装置的准确性和可靠性仍有待改进。
综上所述，基于激光散斑技术的白内障诊断装置在白内障的诊断和治疗中具有巨大的潜力。
通过不断优化装置的参数和结合其他新兴技术，科学家们正在努力提高装置的准确性和可靠性。
随着技术的不断进步和应用的推广，相信基于激光散斑技术的白内障诊断装置将成为白内障诊断的重要工具，为患者提供更好的眼部健康服务。
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激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，选题较为合理。
请尽快确定课题完成方式，完善相关技术路线，开展课题调研论证工作。
80
激光散斑测量技术与应用研究
1 前言
近些年来，激光散斑计量技术发展迅速，已在许多领域得到了广泛应用。
迄今为止，散斑测量技术经历了两个发展阶段：第一阶段1965-1978年，这一发展阶段以纯光学的相干计量技术为主，形成了一系列纯光学的全息散斑计量方法。
对计量机理的解释，主要是用传统的干涉计量理论。
第二阶段70年代末开始，这一发展阶段是以光电结合的精密计量技术为主的，全息散斑计量技术向着高精度、高速度及自动化方向发展，同时，发展出了用统计学方法解释的新理论，该理论更适合描述空间随机分布光场。
激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，主要有：直接照相法，双曝光法，电子散斑干涉法，错位散斑干涉法和散斑相关测量技术等。
它具有全场，非接触，高精度，高灵敏度和实时快速等优点。
现已广泛应用于振动，位移，形变，断裂及粗糙度的测量等方面，成为无损计量领域的有效工具，是当前国际上的热门研究课题之一。
图1.1 激光散斑的技术和应用发展时间路线图
2 激光散斑测量基本理论
1）散斑的形成
一般地说，电磁波以至粒子束经受介质的无规散射后，其散射场常会呈现确定分布的斑纹结构，这就是所谓的散斑。
散斑的形成必须具备两个基本条件: 1）必须有可能发生散射光的粗糙表面。
为了使散射光较均匀,则粗糙表面的深度必须大于波长;
2）入射光线的相干度要足够高,例如使用激光
从可见光波长这个尺度看，粗糙的物体表面可以看作是由无规分布的大量面元构成。
当相干光照明这样的表面时，每个面元就相当于一个衍射单元，而整个表面则相当于大量衍射单元构成的“位相光栅”。
相干光照射时，不同的面元对
入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光波动在空间相遇时会发生干涉现象。
当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到形成具有无规分布的颗粒状结构的衍射图样。
这就是光自由空间传播时形成的散斑（颗粒状结构斑点称为散斑）。
但应强调的是，在其它的电磁波谱区会出现此类现象。
比如典型的例子有：人体器官超声影像时的散射现象，综合孔径雷达在微波谱区的散射现象以及 X 射线在液体中的散射等等。
如果物体表面通过光学系统成像，只要成像系统的点扩散函数具有足够的“宽度”，折算到物平面后能在物体表面覆盖足够多的面元，则来自这些面元的光线将在同一像点处相干叠加，从而形成散斑，图像中任意点的光强等于所有到达该点光波的波幅代数和。
如果所有到达该点的光波都是同相的，就会观察到一个最大亮度的散斑图案，而来自照明区域内不同点的光会对像面上的所有像点的散斑强度都有贡献。
相反，则为暗的散斑。
图2.1 散斑的成因
图2.2 典型的激光散斑图像
由散斑的成因可知，物体表面的性质与照明光场的相干性对散斑观象有着决定性的影响。
物体表面的性质不同，或照明光场的相干性不同，都会使散斑具有不同的特点。
因此，根据两个因素可以区分散斑的不同类型。
此外，人们还常常按照光场的传播方式，把散斑分成远场散斑、近场散斑和象面散斑三种类型。
2）散斑图像的统计特性
激光光源具有良好的相干性，而一般认为工作环境是不变的，随机场的分布
在时域上是稳定的，只是空间坐标的函数。
这样，散斑现象可以按照光场衍射的标量理论来描述，即：
其中，各符号代表的物理含义为：A(x。
，y。
)可以是相干光照明的粗糙表面在其极邻近平面 x0，y0上形成的光场； h(x,y;x0，y0)表征的传播过程，当h(x,y;x",y")表示球面波或平面波时,A(x,y)相应地表示近场或远场散斑的复振幅分布;当h(x,y;x",y")表示成像系统的点扩散函数时,A(x,y)表示像面散斑的复振幅分布。
但是，这种描写只能是形式上的，由于物体表面结构无法控制，在同样的照明条件下,它们将产生毫不相关的散斑。
为了能够描述散斑现象，可以选择概率统计与随机过程的理论和方法。
描述光场最本质的量是复振幅，而最有实际意义的量是可以记录和探测的光强。
对于物面散射的光场经过一个线性系统传播后的光场，经过相关推导，可以得到光场复振幅实部与虚部的联合统计特性如下：
与具有圆对称性的复随机变量均值相同,方差相同,且不相关。
其联合概率密度函数为：
类似的导出光强的统计特性，散射光场的强度为其复振幅的模平方，而复振幅则可由强度和相位表示为：
导出强度和相位的联合概率密度函数为：
并得到一下结论：1线偏振散射光场光强的均值与方差相等2线偏振光形成的散射光场、光强和相位是统计独立的。
为了描述散斑场的空间结构的粗糙程度，需要讨论其光强的自相关函数，通过空间自相关函数来对散斑的表观颗粒粗细程度做出估计。
3 激光散斑计量技术与应用
基于上述激光散斑发展出很多计量技术，主要散斑计量术包括很多种方法,散斑干涉法，散斑照相法，部分相干光散斑干涉法和白光散斑法。
这里选择几种典型的计量技术简要介绍其原理和应用。
1）电子散斑干涉法
散斑干涉法是利用散斑波面的相位分布进行信息探测的计量技术。
在电子散斑干涉计量(ESPI)中，原始的散斑干涉场由光电器件转换成电信号记录下来。
用模拟电子技术或数字电子技术方法实现信息的提取，形成的散斑干涉场可直接显示在图像监示器上，也可以存入电子计算机。
ESPI 操作简单、实用性强、自动化程度高，可以进行静态和动态测试，具有许多优点。
典型应用：无损测量
2）数字散斑照相法
散斑照相法是利用散斑波面的振幅分布信息进行信息探测的计量技术。
以光电探测器直接记录记录不同状况下物体表面的散射光场的强度分布,然后以某种方法将记录下的光场之间的强度变化提取出来,就得到了物体的变化信息，再数字信息处理技术来实现信息的表征及识别。
数字散斑照相方法是非接触的光测方法,图像数据采集的方式简单(普通照相方式),计量环境要求低,能在恶劣的条件下进行各种要求的计量。
典型应用：微位移测量
3）错位散斑干涉法
错位散斑干涉法或称剪切散斑干涉法，用激光扩束后照明的物体, 经错位棱镜形成的被摄物体相互错位的散斑图, 经摄像机输人到计算机图象系统或更简单的图象相减器中处理, 得到表示物体位移导数的干涉图案。
这种方法测的不是位移而是位移梯度，可用来测量物体的形变振动和恒值线等。
它的优点是没有参考光路受环境扰动和机械噪音的影响很小，但它受剪切范围剪切方向和引入的荷载等多个有效因子的影响。
典型应用：无损检测，尤其是在线质量控制与跟踪
4）数字散斑相关测量法
数字散斑相关测量法是对变形前后采集的物体表面的两幅图像( 散斑场) 进行处理, 通过计算来实现对物体变形场( 位移场) 的测量。
可以实现全场测量，实时测量，数据准确度高,操作简单便利。
作为一种非接触式位移测量方法，它有光路简单，对测量环境要求低等优点，近年来获得了长足的进展。
典型应用：移动或变形物体的运动或变形信息的测量
参考文献
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[3]李东晖数字激光散斑位移测量和跟踪技术研究中国科学技术大学 2006.5
[4]李晓英,郎晓萍激光散斑位移测量方法研究北京机械工业学院学报 2008.3
[5]吴德新,沈锡华激光散斑无损检测技术的研究机电产品开发与创新 2008.3
[6]王幼玲激光错位散斑干涉测量系统无损检测 2003.2
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