电子散斑干涉试验讲义
实验讲义-电子散斑
实验十三电子散斑干涉和激光散斑干涉照相综合实验激光照射到粗糙物体表面会形成不同的折射，这些折射形成亮斑或暗斑，就叫做散斑.斑是无规则波前的干涉图样，可作为信息载体。
散斑干涉照相技术测量微小位移时具有实时、灵敏、全场测量等特点，在机械性变、位移、医学、天文和图像处理等许多领域中得到广泛的应用。
本实验的目的是了解激光散斑的统计特性，学会两种处理激光散斑的重要方法：自相关函数法和互相关函数法。
实验目的1、了解激光散斑的统计特性；2、学会两种处理激光散斑的重要方法。
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。
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），另一种是由透镜成像形成的（也称主观散斑）。
在本实验中我们只研究前一种情况。
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。
实验3-3 剪切散斑干涉法指导书
1剪切电子散斑干涉术（ESSPI ）测量物体离面位移导数(2学时，每次实验12人)一． 实验目的● 了解和掌握ESSPI 测量物体离面位移导数的方法和技术； ● 学会用ESSPI 测试周边固支圆板的离面位移导数。
二． 实验器材和装置试件为铝箔中心固支圆板。
试验器材有：激光器、反射镜、分光镜、扩束镜、透镜、CCD 、图象卡、计算机及软件。
实验装置和光路如图1所示。
图1 电子剪切散斑干涉术光路图三． ESSPI 的基本原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔，光线通过此玻璃光楔将产生偏折，在像平面上产生与光楔的楔角相同方向的两个剪切像，由激光形成的这两个像在像平面上相互干涉而形成散斑干涉条纹。
对于整个物体来说，在像平面上形成两个互相剪切的像，它们的波前分别为[]),(exp ),(y x a y x U Φ=（2） []),(exp ),(y x x a y x x U δδ+Φ=+（3）这里a 表示光的振幅分布，Ф(x ,y )和Ф(x +δx ,y )分别表示为两个剪切像的相位分布，这样在像平面上两个像叠加结果为),(),(y x x U y x U U T δ++=（4）则光强为[]x T T a U U I φcos 12*2+==，),(),(y x y x x x Φ-+Φ=δφ （5）当物体变形后，光波将产生一个相位的变化量Δφx ，则变形后的光强为()[]x x a I φφ∆++=cos 12'2（6）2在剪切电子散斑干涉方法中，采用CCD 摄像机进行记录并存入计算机中，采用电子散斑干涉相同的图像相减处理方法，即变形前后两幅散斑图相减，即等式（6）和等式（5）相减可得2sin 2sin 4'2x x x T a I I I φφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+=-=（7）这种相减方式排除了背景光强的影响，突出了由于变形引起的相位变化Δφx 的结果。
该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法
基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法孙流星;于瀛洁【摘要】提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像.物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量.模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】7页(P20-26)【关键词】电子散斑干涉;颜色分光;相移算法;三维变形测量【作者】孙流星;于瀛洁【作者单位】上海大学精密机械工程系,上海200072;上海仪电物理光学仪器有限公司,上海201199;上海大学精密机械工程系,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TH744.3引言在电子散斑干涉(ESPI)技术中[1-2],相移算法是最主要的相位提取算法。
由于相移算法精度高,计算简便,在绝大多数的非实时散斑干涉测量系统中普遍采用[3-6]。
作为电子散斑干涉技术的进一步发展[7-11],三维电子散斑技术都是分时采集各个分量的电子散斑干涉图,再通过数据处理获得物体三维变形信息。
测量系统的环境和物体的变形对它的精度有比较大的影响,只能算是伪三维测量。
针对已有三维电子散斑技术的不足,有人提出了基于电子散斑干涉技术的瞬态三维变形测量[12-15],但装置复杂,操作繁琐,而且研究较少。
在位相求解算法方面,已有的ESPI瞬态三维变形系统中主要是利用傅里叶变换算法或小波变换算法[16-19]进行相位求解,但精度受限,且需要载波,由于散斑干涉相干长度短,载波的引入会降低测量范围。
散斑干涉以及散斑照相术
摘要
电子散斑干涉( ESPI)技术是一种非接触式全场实时测量技术 ,因其通用性 强、 测量精度高、 频率范围宽及测量简便等优点 ,近年来获得了快速发展。电 子散斑干涉无损检测技术可以完成位移、 应变、 表面缺陷和裂纹等多种测试。 本文就目前国内外散斑干涉术进行简单阐述， 总结目前国内的主要散斑干涉技术 以及应用。例如，用散斑照相术和散斑干涉术测变形、位移、倾斜、震动，以及 根据散斑位移与物体位移间的关系测量物体位移的速度， 根据散斑的对比度测量 表面的粗糙度等。
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散斑干涉术
散斑干涉术是激光照明时,被测试物体表面形成的散射光与参考光束(其可 以是平面波和球面波的单光束、双光束或是另一个散斑场)进行干涉而产生具有 一定对比度的散斑,是精确检测物体表面各点变形(位移或旋转)的一种光学测试 法。对于透明物体而言,其散斑干涉条纹是物体折射率变化或厚度变化的一种量 度;对于漫反射物体而言 ,其反射光波干涉形成的散斑干涉条纹是表征漫反射物 体变形、 位移或旋转的一种量度,且形成的散斑干涉条纹随物体变形(位移或旋转) 而变化。 因此,散斑干涉术虽然必须加入参考光 ,但是通过散斑干涉术获得的散斑干 涉条纹却可以直接的表征物体的变形(位移或旋转)及其他运动情况。 而且该散斑 干涉条纹的采集、记录和后期处理都是利用计算机实时完成的。
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尺寸大得多。 如果在远场观察， 即在透镜的后焦平面上观察散斑图，那么平均散斑的直径 是 ∆������������ ≈ ������ = ������ ������
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式中 f ′ ----透镜的焦距； D ----透镜的口径。 当观察面不在透镜的焦面上时， 则必须考虑到透镜的放大倍率，散斑的平均直径 是 ∆������������ ≈ ������ = ������ ������
电子散斑干涉实验报告
电子散斑干涉实验报告电子散斑干涉实验报告引言：电子散斑干涉实验是一种经典的物理实验，通过电子的干涉现象展示了波粒二象性的特性。
本实验旨在通过观察电子的干涉图案，深入了解电子的波动性质，并探讨干涉现象的原理。
实验器材与原理：本实验所需的器材包括电子枪、狭缝、屏幕和电子探测器。
电子枪通过电子的发射，产生电子束；狭缝用于调节电子束的宽度和方向；屏幕用于接收电子束，并观察干涉图案；电子探测器用于测量电子的强度。
实验过程：首先，将电子枪与电子探测器连接，将电子枪的电压调至适当的值，以确保电子能够发射。
然后，将狭缝放置在电子枪和屏幕之间的适当位置，并逐渐调节狭缝的宽度，观察屏幕上的干涉图案的变化。
最后，使用电子探测器测量不同位置的电子强度，并记录下来。
实验结果与讨论：在实验中，我们观察到了明暗相间的干涉条纹，这些条纹是由电子的波动性质引起的。
当电子通过狭缝时，它们会发生衍射，形成一系列的圆环状干涉条纹。
这是因为电子的波长与狭缝的大小相当，导致电子在经过狭缝后发生干涉。
通过调节狭缝的宽度，我们可以观察到干涉图案的变化。
当狭缝较宽时，干涉条纹较模糊，圆环状的条纹不太明显。
而当狭缝较窄时，干涉条纹变得更加清晰，圆环状的条纹更加明显。
这是因为狭缝的宽度决定了电子波束的展宽程度，狭缝越窄，电子波束的展宽越小，干涉条纹就越清晰。
此外，我们还测量了不同位置的电子强度。
我们发现，在干涉条纹的暗纹处，电子强度较低；而在干涉条纹的亮纹处，电子强度较高。
这进一步验证了干涉现象的存在。
结论：通过电子散斑干涉实验，我们深入了解了电子的波动性质和干涉现象的原理。
实验结果表明，电子具有波粒二象性，可以通过狭缝发生衍射和干涉。
干涉条纹的形成与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，干涉条纹越清晰。
此外，干涉条纹的亮暗变化也与电子的强度分布有关。
通过本实验的探索，我们对电子的性质有了更深入的了解，并且对光学干涉现象也有了更深刻的认识。
这对于进一步研究电子的行为和开展相关应用具有重要意义。
电子散斑干涉实验
电子散斑干涉实验[引言]用激光照射物体表面时，在表面前方空间形成随机分布的明暗点，称之为散斑。
散斑随物体表面的变形或移动而运动，记录物体变形前后两个错动了的散斑图并进行比较分析，可以实现物体表面位移的高精度测量。
[实验目的]1．了解电子散斑干涉实验原理。
2．了解并熟悉仪器和光路布置，学会光路的调整方法与步骤。
3. 完成周边固支中心加载圆盘试样的离面位移的观察与测量分析试验。
[实验原理]散斑干涉是被测物体表面散射光所产生的散斑与另一参考光相干涉，两束相干光到此点的光程差，决定了合成散斑场中亮度的细节分布。
当物体发生位移或变形时，光程差也发生变比，如果光程差的变化是照射光波长的整数倍时，则此处斑的亮度不变，将变形前后的两幅散斑图相减，这些位置出现暗条纹，也称相关条纹。
所以相关条纹就是光程差变化等于波长整数倍的那些相关点的轨迹，可以算出相关条纹所代表的位移量。
电子散斑干涉仪的实验光路如图1所示。
He-Ne激光器发出的激光，波长为632.8nm，经分光镜分成物光束和参考光束两束，参考光经过反射到达另一扩束镜，发散后通过半反半透镜反射进入CCD摄像机。
物光束经过扩束镜发散后照射试样的表面，试样表面反射的物光经成像透镜成像，也通过半反半透镜进入CCD 摄像机，将两个光路的混合图像送入计算机。
图1 散斑干涉离面位移测量的实验光路双光束散斑干涉法中两束相干光相干涉，合成散斑场中亮度的细节分布，决定于两束相干光到此点的光程差。
设散斑干涉所需要的物光和参考光在相平面上的波前可以分别表示为()()()[]t y x i y x a t y x A ,,exp ,,,ϕ= (1)以及()()()[]t y x i y x b t y x B ,,exp ,,,ψ= (2)其中a 、b 分别表示物光和参考光的振幅，ϕ、ψ分别表示物光和参考光的位相。
物光和参考光（在相平面上）叠加干涉形成散斑场，其光强为（省略坐标与时间t y x ,,）()ψϕ-++=cos 222ab b a I (3)当被测物体变形后，物光的光程发生变化，产生光程差δ，对应的位相改变量为ϕ∆，而参考光的位相保持不变，所以物光和参考光叠加干涉后的光强成为()ϕψϕ∆+-++=cos 2'22ab b a I (4) 变形前后的两个图像均由CCD 实时采集并送入计算机进行处理。
散斑干涉实验
数字散斑干涉法测量横梁的面内位移摘要：运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。
数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
关键词：数字散斑干涉法，面内位移，散斑图。
20世纪70年代采用光电子器件（摄像机）代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上，由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹，这种方法称为电子散斑干涉法。
进入20世纪80年代，随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展，散斑计量技术进入了数字化时代，出现了数字散斑干涉法。
数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。
目前，数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。
另外，随着计算机技术，光电子技术与图像处理技术的发展，出现了数字散斑相关技术。
同时，基于散斑计量技术，还出现了粒子图像测速技术。
数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量（也称为光学散斑计量）相同，差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗过程。
另外，传统散斑计量只能采用相加模式，因此必须进行滤波处理，以便消除直流分量从而显现干涉条纹。
而数字散斑计量由于采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中，也可以存储在不同的帧存中，因此数字散斑计量除了可以采用相加模式，还可以采用相减模式或相关模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量，建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。
电子剪切散斑干涉ESSPI实验教案
剪切电子散斑干涉术实验教案一、实验目的1.认识散斑现象和散斑的电子记录；2.了解剪切电子散斑干涉的原理和用途；3.了解剪切电子散斑图象处理的过程二、实验设备剪切电子散斑干涉大多使用剪切棱镜。
常见的剪切棱镜是Wollaston棱镜。
该棱镜是由两个直角棱镜组成，当一束光垂直入射到棱镜表面上时，在后表面形成两束互相分开的，振动方向互相垂直的平面偏振光。
这两束光互为参考光和物光而干涉, 但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，使其振动方向相同。
光路布置如图1所示。
它的优点在于光路布置简单，两束相干光波强度基本相等，因而可达到等光强的要求。
L ：扩束镜 M ：反射镜 W ：Wollaston 棱镜 P ：偏振镜图3 剪切电子散斑干涉光路图三、剪切电子散斑干涉术基本原理剪切电子散斑干涉术(ESSPI)是继电子散斑干涉术后发展的一种测量位移导数的新技术。
它与电子散斑干涉术不同的是在光学结构上，后续的图象处理系统是相同的。
它除了电子散斑干涉术的许多优点外，还有光路简单，对振动隔绝的要求低等特点。
另外，它测量的是位移导数，在自动消除刚体位移的同时对于缺陷受载的应变集中十分灵敏，因此被广泛地应用于无损检测（NDT ）领域 。
除此之外，它与电子散斑干涉不同，其条纹与位移导数的对应关系可以在很大程度上调节变化。
3．1 剪切电子散斑干涉术的原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔块，光线通过此玻璃光楔块将产生偏折，在焦平面上产生与楔块的楔角相同方向的两个剪切的象。
这两个象是由激光形成的，它们将在焦平面上互相干涉而形成散斑干涉图象。
当两个变形前后的散斑干涉图象同时记录在一块干板上，经过处理后，将干板放在傅立叶滤波光路中，将出现一个表示物体位移偏导数的条纹图案。
图1是剪切散斑的光路图。
楔块的楔角为α，μ是折射率，在象平面上被测量物体的剪切量αμδ)1(1'-=D x 。
同样地，如折合到物体表面的剪切量为αμδδ)1(010'-==D D D x x (1)其中D 0和D 1分别为透镜到物体表面和到成象平面的距离。
电子散斑-ESPI实验指导书-面内位移
1
双光束电子散斑干涉术测量物体面内位移
(2学时，每次实验12人)
一． 实验目的
了解和掌握双光束电子散斑干涉术测量物体离面位移的方法和技术。
二． 实验器材和装置
试验器材有：激光器、反射镜、分光镜、扩束镜、CCD 、图象卡、计算机及软件。
实验装置和光路如图1所示。
B1：分光镜 M ：反射镜 L1：扩束镜
图1 双光束电子散斑干涉术的光路图
三． 基本原理
双光束电子散斑干涉术的两束光互为物光和参考光。
由于变形对两束光的相位都有影响，所以物体变形时合成的相位差与位移的关系为：
[])sin (sin )cos (cos 221θθθθλπφ++-=
∆d d 2)(sin 4d θλ
π= 其中d 2即为物体变形时的面内位移。
当两束光的照明角θ较大时，测量的灵敏度较高。
四．实验步骤
1．按图1摆好光路。
调整光路时要求两束光的光程、光强和高度近似相等。
散斑图要求含有固定边缘。
2．打开采图软件（如图2所示），点击工具栏中Capture Image，弹出一个实时监控的窗口。
点击窗口中的Real Time按钮，施加一定压力，开始连续采集散斑图，
并自动把每一幅散斑图都和第一幅进行相减处理，形成的条纹图显示在窗口中。
在监测到一幅清晰的条纹图时，再按Real Time钮，使之弹起，固定条纹图。
然
后把条纹图保存起来（*.bmp文件）。
图2 双光束测量物体面内位移的软件操作窗口
五．实验报告要求
求出试件中心位置处的面内位移d2。
2。
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
参考位相纹 图， 得到三幅或三幅 以上的条纹光强分 布 图， 联立方程 即可解出全场的位相分布Ｂ 。
挠度分布规律产生连续的离面位移， 它的位移分布 理论解为【 国 ：
由于相移步数与步长的任意性， 可用多种算法
图三 （）包裹 位相 图 ａ
ｒ
ｌＣ ： Ｄ摄像 头 ２变 焦镜头 ３ Ｃ ． ．时间相移机构 ４ ． 空
间相移机构 ５ ． 剪切棱镜 ６ ． 金属梁 ７ ． 激光器． 扩束镜 ８
图三 （） 包裹 位相 图 ｂ解
图一 实验 装置 图 由其位 相 图 即可得 到 以金属 梁 固定端 中心 为原 电 子剪切 散斑干 涉技术时 问相移 法在金 属梁 微小 位移测 量中的 应用 分析 点的、 Ｘ 向剪切的全场位移导数场的轮廓， 沿 方 如图 ２１ ． 电子散斑干涉等步长时间四步相移法结果
在相平面上， 参物光干涉叠加形成散斑场， 其光
强为闭 ： ，） ” （ ： ２＋
。
“ ２ ＋
。
ｃｓ 。 。（ 一
） （） １
当被测物体发生变形 以后， 物光 的光程将产 生
变化， 因此物光波的相位也会发生改变， 而参考光的
有效方法。本文详细介绍 电子剪切散斑干涉时间相
ｉ ａ ａ ｚｄａｄｕ ｅ ａｕｅ ｅｆ ｌ ｆ ｉ ｌｃｍｅ ｔ ｆ ｔｌ ａ． ｓ ｎ ｌ ｅ ｎ ｓｄｔ ｍｅｓｒ ｅ ｏ ｓ ａｅ ｎ ａｂ ｒ ｖ ｏ ｈ ｔ ｉ ｄ ｄｐ ｏ ｍｅ Ｋ ｙ ｒｓＥ Ｓ ＩＰ ａｅｓｉ ； ａｕｅ ｅ ｗｏｄ ：Ｓ Ｐ ； ｈ ｓ ｈｆ Ｍｅｓｒ ｔ
电 子
剪
撇
电子散斑干涉在复合树脂固化收缩测试中的应用
Ｍｅ ｈｎｃ Ｌ ｂｒｔｒ ｏ ｔｅ Ｍｉｉｒ ｏ Ｅ ｕａｉ ｃａ ｉｓ ａｏａｏｙ ｆ ｈ ｎｓ ｙ ｆ ｄ ｃｔ ｎ， Ｔｏ ｇｉ ｔ ｏ ｎｊ
Ｕｎｉｅｓｔ ｖ ｒ ｉｙ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ２，Ｃ ｎ ） ｈｎｈｉ ０９ ２ ｈｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ｒｎ ａ ｅ ｅ ｏ ｍａ ｉｎ ｆ ｉｈ － ｕ ｅ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｉ ｋ ｇ ｄ ｆ ｒ ｔ ｏ ｌ ｔｃ ｒ ｄ ｏ ｏ ｉ ｏ ｇ ｅ
ｄ ｆｅ ｅ ｔｃ ｎ ｉｉｎ ． Ｔｈ ＰＩ ｐ ｔｅ ｎ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｄ ｒｎ ｉｆ ｒ ｎ ｏ ｄ ｔ ｓ ｏ ｅ ＥＳ ａ ｔ ｒ ｓ ａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ｕ ｉ ｇ ｓ ｒｎ ａ ｅ ｏ ｈ ｐ ｎ ｐ ． Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｅ ｈ ｉ ｋ ｇ ｆ ｔ ｅ Ｔｙ ｅ Ｒ１ ａ ｄ Ｔｙ ｅ Ｒ２ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｓ ｈ
要用于对各种材料 、 结构 的面内、 离面位移及位移场
的测 量 以及分 析物 体 的振 动模 态 ， 可 以用 于 材料 、 还 结构 的无 损检 测 ［］ ５ 等．
笔者 运用 电子 散斑 干涉 测 试 技术 对 Ｒ ， Ｒ 两种
ｒ ｓｎ （ ｐ Ｒ １ ｎ ｐ Ｒ２） ａｅ ｅｉ ｓ Ｔｙ ｅ ａ ｄ Ｔｙ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｎ ｅ ｔ ｅ ａ ｕ ｅ ｕ ｄ ｒ ｈ
型号 光 固化 复合树 脂填 充 到牙 体后 的 固化 收缩 量进 行 了精 确测 量． 出 了不 同情 况 下 Ｒ ， 型光 固化 给 Ｒ 复合 树 脂 固化 时 最 大离 面 收缩 量 与 时 间 的关 系 ， 并
且分 析 了影 响 复 合 树脂 收缩 变 形 的因 素． 复 合树 为
Ｌ Ｂｎ Ｉ ｉ 。 Ｇ ｏ ｉｏ ， ｕｂ ａ
电子散斑干涉技术的原理与使用ppt课件
• Yau Y. Hung ,Charles E.Taylor. Speckle-Shearing Interferometric Camera-A Tool For Measurement Of Derivatives Of Surface-Displacement[J]. Technical Symposium, 1974, 41:169-176
基本依据
随机分布，但是对于固定光源且同一物体表面来说，其分布规律也是一定的，即，散斑空间特性只决定于 光源的特性和被照射物体表面。所以，在光源固定的前提下，散斑的特性与物体表面存在着固定的关系。
通过对物体发生形变（位移）前后分别测得的干涉散斑信息，进行处理分析，得到物体表面的位移改变量。
2016/11/30
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时间平均方法
tau
效果图
时间平均方法
图像相减方法
2016/Leabharlann 1/30电子散斑干涉技术 刘浏160637
8
图像相减方法
原理：相减消除背景光
分类 • 动减动 • 动减静
效果图
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
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概率方法
基于图像处理中图像平均降噪方法（随机噪声） 同时，利用高速相机连续采图技术
• J.A.Leendertz and J.N.Butters. An image-shearing speckle-pattern interferometer for measuring bending moments [J]. Journal of Physics,1973,6:1107-1110
激光散斑干涉电子测量
激光散斑干涉电子测量技术摘要：激光散斑干涉测量就是根据与物体变形有内在联系的散斑图, 将物体表面位移或变形测量出来。
介绍了激光散斑干涉技术的物理学基础、检测方法及其应用。
说明它是一种非常便捷、先进、并具有发展潜力的光测技术。
1. 引言用相干激光照射表面粗糙的物体, 按照惠更斯的原理, 在物体表面散射的光, 尤如无数新的点光源发出相干子波, 它们相互之间将产生相长或相消干涉。
在物体表面的前方空间出现无数随机分布的亮点与暗点, 形成一幅很复杂的散斑图。
人们发现, 散斑的尺寸和形状, 与物体表面的结构、观察位置、光源和光源到记录装置之间的光程等因素有关。
当物体表面位移或变形时, 其散斑图也随之发生变化, 物体散斑虽为随机分布。
但物体变形前、后散斑有一定规律, 且常有物体表面位移或变形的信息。
散斑干涉计量就是根据与物体变形有内在联系的散斑图, 将物体表面位移或变形测量出来。
2. 散斑干涉实验装置及原理散斑干涉实验原理示意图如图2-1所示，它将激光经过分光镜B 分出的两束激光经扩束后照射到另一块反射镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。
图2-1 散斑干涉实验原理示意图如 物光的光强分布为：)(exp )()(r r u r U o o o Φ= (1) 其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。
参考光的光强分布为：)(exp )()(r r u r U R R R Φ= (2)物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为：)cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3)当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ∆-，即[])()(exp )('r r r u U o o O φφ∆-=(4)其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。
实验讲义-电子散斑全解
实验十三电子散斑干涉和激光散斑干涉照相综合实验激光照射到粗糙物体表面会形成不同的折射，这些折射形成亮斑或暗斑，就叫做散斑.斑是无规则波前的干涉图样，可作为信息载体。
散斑干涉照相技术测量微小位移时具有实时、灵敏、全场测量等特点，在机械性变、位移、医学、天文和图像处理等许多领域中得到广泛的应用。
本实验的目的是了解激光散斑的统计特性，学会两种处理激光散斑的重要方法：自相关函数法和互相关函数法。
实验目的1、了解激光散斑的统计特性；2、学会两种处理激光散斑的重要方法。
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。
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），另一种是由透镜成像形成的（也称主观散斑）。
在本实验中我们只研究前一种情况。
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。
电子散斑干涉试验讲义
电子散斑干涉实验讲义（电子散斑干涉术测离面位移）1．引言电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。
2．实验目的了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。
对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。
3．基本原理图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。
B 分光镜M:反射镜L1:扩束镜 L2: 成像透镜图 1。
电子散斑干涉术（ESPI ）光路图物光的光强分布为：)(ex p )()(r r u r U o o o Φ= (1)其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。
参考光的光强分布为：)(ex p )()(r r u r U R R R Φ= (2)物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为：)cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3)当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ∆-，即[])()(ex p )('r r r u U o o O φφ∆-= (4)其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。
变形前后的参考光波维持不变。
这样，变形后的合成光强)('r I 为：[])(cos 2)(22'r u u u u r I R o R o R o φφφ∆--++= (5)对变形前后的两个光强进行相减处理：)()('r I r I I -=＝[][])cos(2)(cos 22222R o R o R o R o R o R o u u u u r u u u u φφφφφ-++-∆--++ ＝2)(sin 2)()(sin 4r r u u R o R o ϕϕφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-- (6)由式(6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆--2)()(sin r R o ϕφφ的低频条纹2)(sin r ϕ∆。
散斑干涉实验
散斑干涉实验光信息科学与技术08级3班 组别：B17一、实验目的1、了解散斑的性质及特点。
2、掌握散斑和离面散斑的测试方法。
二、实验原理1、散斑的形成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。
要形成散斑且散斑质量较好必须具备以下条件：（1）有能发生散射光的粗糙表面；（2）粗糙表面深度须大于入射光波长；（3）入射光线的相干度要足够高，如使用激光。
图1、散斑图像散斑携带了散射面的丰富信息，可以通过散斑的性质来推测物体表面的性质。
由于这种办法的无损、快速等诸多优点，它被广泛应用于工业控制的缺陷检测、医学的光活检等领域，且受到越来越多的关注2、散斑的大小散斑颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，颗粒尺寸的严格定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值。
此值由产生散斑的激光波长及粗糙表面圆型照明区域对该散斑的孔径角'u 决定：散斑平均半径=<v σ>='0.6/sin u λ (1)上式说明散斑的大小粗略对应于散射光的干涉条纹间距。
散斑的形状与照明区域的形状有关，若照明区域增大则散斑变小。
上面所讲的散斑是由粗糙表面的散射光干涉而直接形成的，称为直接散斑(如图2所示)。
若经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，亦称主观散斑（如图3所示）。
图2、客观散斑的形成 图3、主观散斑原理图成像平面上P 点的散斑直径v σ，决定于透镜出射光瞳对P 点的孔径角'u ，即<v σ>='0.6/sin u λ=0.6/NA λ=1.2（1+M ）F λ （2）其中NA 为透镜的数值孔径，M 是透镜的放大率。
主观散斑是物面上的散斑图像成像所得，这个物方散斑图的平均直径用<S>表示：<S>='0.6/M*sin u 0.6/M*NA λλ= （3）3、散斑的光强分布正常散斑图是杂乱无章的随机散斑图，其强度分布为负指数概率密度函数。
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电子散斑干涉实验讲义
（电子散斑干涉术测离面位移）
1．引言
电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。
2．实验目的
了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。
对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。
3．基本原理
图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。
B 分光镜M:反射镜
L1:扩束镜 L2: 成像透镜
图 1。
电子散斑干涉术（ESPI ）光路图
物光的光强分布为：
)(ex p )()(r r u r U o o o Φ= (1)
其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。
参考光的光强分布为：
)(ex p )()(r r u r U R R R Φ= (2)
物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为：
)cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3)
当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ∆-，即
[])()(ex p )('r r r u U o o O φφ∆-= (4)
其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。
变形前后的参考光波维持不变。
这样，变形后的合成光强)('r I 为：
[])(cos 2)(22'r u u u u r I R o R o R o φφφ∆--++= (5)
对变形前后的两个光强进行相减处理：
)()('r I r I I -=
＝[][]
)cos(2)(cos 22222R o R o R o R o R o R o u u u u r u u u u φφφφφ-++-∆--++ ＝2)(sin 2)()(sin 4r r u u R o R o ϕϕφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣
⎡∆-- (6)
由式(6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项
⎥⎦⎤⎢⎣
⎡∆--2)()(sin r R o ϕφφ的低频条纹2)(sin r ϕ∆。
该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
这个光波相位变化与物体变形关系从光波传播的理论可以推导出来，即有： []θθλπ
φsin )cos 1(221d d ++=∆ (7)
其中λ是所用激光波长，θ是照明光与物体表面法线的夹角，1d 是物体变形的离面位移，2d 是物体变形的面内方向位移。
为了使光路对离面位移敏感，应该使照明角θ比较小，即0sin ,1cos ≈≈θθ，则由（7）式可以得到：
14d λπ
φ=∆ (8)
有(6)式可知，在暗条纹处，
πφk 2=∆ (9) 由(8)式和（9）式可得到：
2
1λk d = （10） 即暗条纹处的离面位移是半波长的整数倍。
4. 仪器用具
（参见附表）
5． 实验内容
1. 摆好光路
2. 测量参考光光程与物光光程，如果这两个光程不等，可以适当移动实验物体或相关的光学元件位置，使这两个光程大致相等。
3. 屏蔽住参考光，调节镜头焦距和光圈，使物体能够清晰成像。
4. 比较参考光与物光光强，通常情况下，参考光光强较强，需要调节光衰减器（变密度盘），使参考光与物光光强大致相等。
5. 使圆形压力盒产生离面位移，然后通过软件实时观测条纹的产生情况。
存取条纹图并同时记录气压大小，计算受力与离面变形关系并验证板的变形公式。
6. 将变形物换成刚性推板，可通过推动千分丝杆，使推板前倾，产生离面位移，观测条纹，可计算位移量并通过丝杆度读数计算验证。
6. 附录
周边固支圆板离面变形挠度w 与载荷q 关系：
D
r a q W 64)(2
22-∆=
)
1(1223
μ-=Et D
342max 16)1(3Et
q a W ∆-=μ
其中Δq 为压力差，E,μ为材料的弹性模量和泊桑比，a 是板的半径，r 为测量点离圆板中心距离，t 是板的厚度。