电子散斑干涉技术的原理与使用ppt课件
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• Ching-Yuan Chang, Shih-Hao Lin, and Chien-Ching Ma. High-resolution electronic interferometry for the measurement of in-plane vibration[J].Applied Optics.2012, 24(51):5773-5779
电子散斑干涉技术 刘浏160637
4
离面测量系统
基于迈克尔逊干涉仪 不足：分光棱镜尺寸
离面干涉系统
受制于被测物体
I(x ,y ,t ) A02 Ar2 2A0Ar cos[(x ,y ,t ) (x ,y )]
I 光强 A 振幅 I=A2
δ位移引起相位差 φ漫反射产生的随机相位差
从条纹图中解调出条纹的相位
四步相移技术
g0(x,y) g(x ,y ) b(x,y)cos (x,y)
g1(x,y)
a(x ,y )
b(x,y)cos[(x,y)
] 2
g2(x,y) a(x ,y ) b(x,y)cos[(x,y) ]
[(x,y)]2
• 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
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
3
干涉与散斑
干涉三要素
相同的频率（相干光） I
相同的振动方向 固定相位差
A12 A22 2A1A2 cos
A振幅 I 光强 δ相位差
I A2
散斑定义：
当一组相干光照射到粗糙等物体表面引起漫反射，而表面各部位反射所发出的次波在物体表面的前方 发生干涉，从而形成大量的明暗相间的光斑。
优点：1、无需参考光束，简化实验仪器 2、直接测量表面应变（表面位移的一维导数）
分类 • 基于迈克尔逊干涉光路 • 基于光楔剪切成像 • 基于特斯拉棱镜
特斯拉棱镜 将一束无偏光束分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光， 且两束光分离角相对于入射角方向对称.
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
方法
内容
基本分类
作用对象
灰度变换 空间域滤波法 频域滤波法
s T(r)
r变换前灰度 s变换后灰度
傅里叶变换 频域滤波 傅里叶逆变换
线性函数 对数函数 幂律函数
平滑空间滤波 锐化空间滤波
单一像素点 像素点及其领域
低通滤波 高通滤波
频域图像
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
11
相位解调技术
• 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
w(x,y)
2
(x,y) 2 2
改进离面干涉系统
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
5
面内测量系统
光路特点： • 两束光对称入射（消除离面位移） • 每两束光只能测量一个方向面内位移
离面位移、面内位移同时改变相位差
w(1 cos ) u sin
电子散斑干涉技术的使用
2016/11/30
1
目录
• 特点及基本概念 • 测量光路及方法 • 图像采集方法 • 图像处理
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
2
方法特点
电子散斑干涉技术 一种高精度、非接触式、全场实时的光学干涉测量技术。
• 测量精度高，实时监测，实时处理；（390～780纳米） • 全场检验； • 非接触性； • 结果易于保存；
带噪图像模型
平均 期望值 标准差
g(x,y) f(x,y) (x,y)
K
gi(x,y)
g(x,y) i 1 K
E{g(x,y)} f(x,y)
K g(x,y)
(x,y)
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
eta 效果图
10
图像基本处理
目的 图像增强 噪声去除
7
时间平均方法
tau
效果图
时间平均方法
图像相减方法
2016/11/30
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
9
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
arctan
g3(x,y) g0(x,y)
g1(x,y) g2(x,y)
g 3(x,y)
a(x ,y )
b(x,y)cos[(x,y)
3 ] 2
产生相移方法
使用偏振光学原件 用位移改变相位
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
12
参考文献
• Wei-Chung Wang, Chi-Hung Hwang and Shu-Yu Lin. Vibration measurement by the time-averaged electronic speckle pattern interferometry methods[J] . Applied Optics, 1பைடு நூலகம்96,35(22):4502-4509
分别在特定条件下，分解计算
1 w(1 cos ) u sin 2 w(1 cos ) u sin
U对应X轴方向的运动，面内运动
(x,y) 4u sin
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
6
剪切散斑
基本想法： 产生位错，数学上对自变量进行差分 差分放大微小变形，提高测量精度
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4
离面测量系统
基于迈克尔逊干涉仪 不足：分光棱镜尺寸
离面干涉系统
受制于被测物体
I(x ,y ,t ) A02 Ar2 2A0Ar cos[(x ,y ,t ) (x ,y )]
I 光强 A 振幅 I=A2
δ位移引起相位差 φ漫反射产生的随机相位差
从条纹图中解调出条纹的相位
四步相移技术
g0(x,y) g(x ,y ) b(x,y)cos (x,y)
g1(x,y)
a(x ,y )
b(x,y)cos[(x,y)
] 2
g2(x,y) a(x ,y ) b(x,y)cos[(x,y) ]
[(x,y)]2
• 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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干涉与散斑
干涉三要素
相同的频率（相干光） I
相同的振动方向 固定相位差
A12 A22 2A1A2 cos
A振幅 I 光强 δ相位差
I A2
散斑定义：
当一组相干光照射到粗糙等物体表面引起漫反射，而表面各部位反射所发出的次波在物体表面的前方 发生干涉，从而形成大量的明暗相间的光斑。
优点：1、无需参考光束，简化实验仪器 2、直接测量表面应变（表面位移的一维导数）
分类 • 基于迈克尔逊干涉光路 • 基于光楔剪切成像 • 基于特斯拉棱镜
特斯拉棱镜 将一束无偏光束分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光， 且两束光分离角相对于入射角方向对称.
2016/11/30
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方法
内容
基本分类
作用对象
灰度变换 空间域滤波法 频域滤波法
s T(r)
r变换前灰度 s变换后灰度
傅里叶变换 频域滤波 傅里叶逆变换
线性函数 对数函数 幂律函数
平滑空间滤波 锐化空间滤波
单一像素点 像素点及其领域
低通滤波 高通滤波
频域图像
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11
相位解调技术
• 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
w(x,y)
2
(x,y) 2 2
改进离面干涉系统
2016/11/30
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5
面内测量系统
光路特点： • 两束光对称入射（消除离面位移） • 每两束光只能测量一个方向面内位移
离面位移、面内位移同时改变相位差
w(1 cos ) u sin
电子散斑干涉技术的使用
2016/11/30
1
目录
• 特点及基本概念 • 测量光路及方法 • 图像采集方法 • 图像处理
2016/11/30
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2
方法特点
电子散斑干涉技术 一种高精度、非接触式、全场实时的光学干涉测量技术。
• 测量精度高，实时监测，实时处理；（390～780纳米） • 全场检验； • 非接触性； • 结果易于保存；
带噪图像模型
平均 期望值 标准差
g(x,y) f(x,y) (x,y)
K
gi(x,y)
g(x,y) i 1 K
E{g(x,y)} f(x,y)
K g(x,y)
(x,y)
2016/11/30
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eta 效果图
10
图像基本处理
目的 图像增强 噪声去除
7
时间平均方法
tau
效果图
时间平均方法
图像相减方法
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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
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9
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
arctan
g3(x,y) g0(x,y)
g1(x,y) g2(x,y)
g 3(x,y)
a(x ,y )
b(x,y)cos[(x,y)
3 ] 2
产生相移方法
使用偏振光学原件 用位移改变相位
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
12
参考文献
• Wei-Chung Wang, Chi-Hung Hwang and Shu-Yu Lin. Vibration measurement by the time-averaged electronic speckle pattern interferometry methods[J] . Applied Optics, 1பைடு நூலகம்96,35(22):4502-4509
分别在特定条件下，分解计算
1 w(1 cos ) u sin 2 w(1 cos ) u sin
U对应X轴方向的运动，面内运动
(x,y) 4u sin
2016/11/30
电子散斑干涉技术 刘浏160637
6
剪切散斑
基本想法： 产生位错，数学上对自变量进行差分 差分放大微小变形，提高测量精度