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Abstract
QMatterPhotonics Research Group, Optics Area, Department of Applied Physics, Faculty of Physics / Faculty of Optics and Optometry, University of Santiago de Compostela, 15782 Santiago de Compostela, Galicia, Spain
The use of convolutional neuronal networks (CNN) for the treatment of interferometric fringes has been introduced in recent years. In this paper, we optimize and build a CNN model, based U-NET architecture, to maximize its performance processing electronic speckle interferometry fringes (ESPI). The proposed approach is based on quick and light trainings to select the architecture parameters (network depth and kernel sizes) to maximize the performance of the neural network improving the visibility of ESPI images. To measure the performance, the structural similarity index (SSMI) will be the lead indicator, and the need for large datasets to train neural networks, unavailable for ESPI images, forces the use of a simulated ESPI image dataset along the process. This dataset is computed using Zernike polynomials to simulate local surface deformations in the specimen under test and simulated true speckle fields for the reference and object field involved in ESPI techniques.
ESPI Convolutional neural networks Image denoising Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023015
1 贵州大学空间结构研究中心, 贵阳 550025
2 贵州大学, 贵州省结构工程重点实验室, 贵阳 550025
3 陕西建工未来城市创新科技有限公司, 西安 710086
为了研究混凝土的拉伸断裂特性, 对带有预制切口的C80高强混凝土棱柱体进行单轴拉伸试验, 采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量棱柱体表面的场位移等信息, 分析加载过程得到混凝土的断裂参数以及断裂特性等。为进行对比分析, 本次试验还采用线性位移计和夹式位移计测量试件的变形程度。对比结果表明ESPI技术的测量结果与夹式位移计结果吻合较好, 证实了ESPI技术用于测量混凝土表面位移场的精确性和可行性。分析得到:初裂点应力约为峰值应力的82%; 峰值下裂缝口张开位移(CMOD)为11 μm, 结合公式得到混凝土在单轴拉伸下的断裂韧度约为0.41 MPa·m1/2, 断裂能约为24.71 N/m; 利用两种拟合公式对试验应力-应变关系进行拟合, 得到了较好的拟合结果。最后, 通过不同加载步骤下ESPI技术测得的位移云图分析裂缝口张开位移随试件宽度的变化规律, 得到了单轴拉伸下的裂纹扩展规律。
高强混凝土 单轴拉伸试验 断裂特性 裂缝口张开位移 裂缝长度 high-strength concrete ESPI ESPI uniaxial tensile test fracture characteristic crack mouth opening displacement crack length
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 大唐移动通信设备有限公司, 北京 100083
3 奥克兰大学 机械工程系, 美国 罗彻斯特 48309
为解决传统相位解包裹法不能够用于非连续表面的动态变形测量的缺点, 在详细阐述基于时空三维相位解包裹技术的数字散斑干涉术的工作原理和测量步骤基础上, 应用数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹测量非连续表面动态变形.实验证明, 当采用每秒70帧的普通相机拍照时, 可实现最快形变速率为25.12 μm/s的非连续表面动态变形测量.本文所提方法扩展了数字散斑干涉术的测量范围, 增强其应用能力.
电子散斑干涉术 变形测量 动态测量 相位分布 振动测量 相位解包裹 非连续表面 Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) Deformation measurements Dynamic measurements Phase distribution Vibration measurement Phase unwrapping Discontinuous surface
1 上海大学 精密机械工程系,上海 200072
2 上海仪电物理光学仪器有限公司,上海 201199
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。
电子散斑干涉 颜色分光 相移算法 三维变形测量 electronic speckle pattern interferometry(ESPI) color splitting phase shifting algorithm three-dimensional deformation measurement
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
为了实现悬臂方形薄板的共振模态分析, 本文基于 AF-ESPI测量原理和瑞利利兹法对悬臂方形薄板共振模态的理论进行了完整分析, 给出前 8阶的共振频率和相对应悬臂方薄板的电子散斑共振条纹分布情况。为了验证理论计算的精确性, 搭建了振幅波动电子散斑干涉测量系统, 并利用该系统对悬臂方形薄板进行模态分析, 测量该板的共振频率和振动模态。理论计算的结果和实验测量值对比发现, 振动的条纹和理论计算的结果一致, 共振频率的测量值和理论计算值之间的相对差值在 0.1%~9.1%之间。
相干光学 瑞利 -利兹法 振幅波动电子散斑干涉术 悬臂方形薄板 挠度变形 coherence optics Rayleigh-Ritz AF-ESPI square cantilever thin plate deflection
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春130033
电子散斑干涉条纹的强噪声特性使其信噪比过低，常用的图像滤波方法对于散斑干涉条纹都存在一定的不足。针对散斑条纹的特点，建立了自适应滤波与小波变换相结合的组合迭代滤波方法。在对散斑条纹预处理基础上，通过选择不同的小波函数以及更改分解层次和函数中的阈值达到不同的滤波效果。经反复试验，对于不同的小波基，采用4层分解，阈值为0.15～0.3时与自适应滤波的迭代效果最好。在滤波的基础上对图像进行了二值化，并采用Sobel算子对其进行边缘提取，最终得到电子散斑干涉条纹的边缘分布图。结果表明，该方法可以有效消除条纹图中的散斑噪声，并且条纹的边缘得以较好的保留。
电子散斑干涉 小波滤波 迭代滤波 边缘提取 ESPI pattern wavelet filter iterative filter edge extraction
1 山东师范大学物理与电子科学学院， 山东 济南 250014
2 山东理工大学理学院， 山东 淄博 255049
设计了一种可实现电子散斑干涉的大错位方棱镜。将普通方棱镜的一个面磨去一个楔角后变为斜面，该斜面和相邻的一个面镀反射膜，其他二个面镀增透膜。垂直入射的光线经过分光后变成二束光，分别经过平面反射和斜面反射，出射的二束光线就分开了。将该大错位方棱镜置于CCD镜头前，一个物体可以成二个错位的像; 相邻的二个物体可叠加成像。错位量由楔角决定，错位量足够大，可实现大错位电子散斑干涉。根据试件大小和成像距离，楔角的大小可选择在1°到10°之间。对中心加载周边固定圆盘进行了电子散斑载频干涉实验，证明了大错位方棱镜能够高质量地实现电子散斑干涉, 实现位移场测量。
光学测量 电子散斑干涉 大错位方棱镜 optical measurement electronic speckle pattern interferometry (ESPI) large-shearing block prism
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
提出了一种利用载频电子散斑干涉测量三维位移场的新技术。首先，设计了一种新型的大错位方棱镜，利用该方棱镜可实现大错位电子散斑干涉。其次，被测物和参考物由布置在水平和竖直位置上的3个激光光源分别照明，三维电子散斑干涉系统由3个激光器、大错位方棱镜、CCD和参考物面组成。参考物面的一次偏转可同时引入3个干涉场的载波条纹。分别采集3个激光器照明下物体形变前后及参考物面偏转后的散斑干涉图样，图像相减后得到不同照明条件下的载波条纹和受形变调制的载波条纹。结合傅里叶变换方法，可解调出形变场的相位，进一步计算得到3个位移分量。利用该三维测量系统对三点弯曲梁进行了典型实验，实验结果表明，该系统可以有效的同时测量形变场的3个位移分量。具有光路简单，操作相对简单的优点，为电子散斑干涉三维测量提供了新的途径。
测量 电子散斑干涉 三维位移 载频调制 大错位方棱镜
山东师范大学 物理与电子科学学院, 济南 250014
为了获得准确的面形测量，提出了一种相移电子散斑干涉技术测量物体面形的测量方法.利用电子散斑干涉产生载波条纹，该载波条纹受到物体表面高度的调制变得弯曲，引起载波条纹相位的变化，可运用相移技术提取物体的相位信息，最后根据高度和相位之间的关系得到物体的面形.介绍了该方法的原理，利用该方法对球冠物体进行了面形测量，证明该方法测量物体面形是可行性的.由于是采用散斑干涉的方法产生干涉条纹，因此该方法测量物体面形具有灵敏度高的优点.
物理光学 电子散斑干涉术 相移 面形测量 Physical optics Electronic Speckle Pattern Interferometry(ESPI) Phaseshifting Shape measurement
1 上海大学 力学系,上海 200444
2 北京长城计量测试研究所,北京 100095
3 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽 合肥 230027
提出了一种基于二维连续小波变换的电子散斑干涉(ESPI)条纹图相位提取方法。通过检测二维小波脊确定条纹相位,并引入条纹频率作为向导,有效地避免了相位解调过程中的符号奇异性问题,从而使该算法既能处理开条纹图也能处理闭条纹图,且对散斑噪声具有较强的抑制能力。数值模拟和实验结果表明,该方法在抑制散斑噪声的同时能够有效地提取出条纹相位,对开条纹图和闭条纹图都能处理。
图像处理 相位提取 电子散斑干涉条纹图 小波变换 散斑噪声
