1 南昌航空大学 测试与光电工程学院，江西 南昌 330063
2 华东交通大学 机电与车辆工程学院，江西 南昌 330013
剪切散斑干涉是一种非接触式、全场高精度光学变形测量技术，由于环境等因素导致采集的散斑条纹图像存在大量随机噪声,进而影响测量精度。传统去噪方法在滤除噪声的同时，容易导致条纹边缘信息的丢失甚至破坏。针对该问题，本文提出基于正余弦变换和双调滤波相结合的剪切散斑干涉图像去噪方法。该方法首先对相位条纹图进行正余弦变换获得两幅图像，其次对这两幅图像分别运用双调滤波方法进行去噪，最后将滤波后的两幅图像合并为最终的相位条纹图。实验结果表明：经本文方法滤波后的相位图散斑抑制指数为0.999，平均保持指数为2.995，证明该方法较传统去噪方法能更好地改善相位图质量，且能较大程度地保留相位条纹的细节及边缘信息。
剪切散斑 干涉 光学测量 去噪 双调滤波 shearography interference optical measurement denoise bitonic filtering
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 211106
2 中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089
剪切散斑干涉技术作为一种非接触式的高精度光学全场测量方法，可以对复合材料内部缺陷进行无损检测，但所得的相位条纹图中包含大量散斑噪声，会对检测结果和精度产生严重影响。为此，提出了一种基于无监督图像风格转换模型（CycleGAN）的相位条纹图滤波方法。该方法将剪切散斑干涉技术获取的原始噪声相位条纹图通过网络训练转换为理想无噪声条纹图，从而实现对相位条纹图中噪声的滤除。实验结果表明，所提方法能够实现对噪声的高效滤除，滤波图像边界清晰、对比显著，且运行时间明显优于其他方法，仅需30 ms左右便能实现条纹图的高质量滤波，符合动态无损检测的发展需求，为相位条纹图的噪声滤除提供了新的思路。
剪切散斑干涉技术 相位图 深度学习 噪声 图像处理 无损检测 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2210009
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
剪切散斑干涉测量技术是一种非接触式高灵敏度的光学检测技术。从技术研究和应用领域等方面对剪切散斑干涉技术近年来的发展进行介绍，详细阐述空间相移剪切干涉测量、多方向剪切干涉测量、多功能复用测量等剪切散斑干涉新技术，并介绍其在航空、航天、汽车、机械、新材料等领域的无损检测应用。最后，对剪切散斑干涉技术的优势和不足进行分析讨论，并对未来的研究方向进行展望。
无损检测 剪切散斑干涉术 空间相移 多方向剪切 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415004
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
2 北京空间机电研究所，北京 100094
3 大恒新纪元科技股份有限公司，北京 100080
数字剪切散斑干涉技术已被广泛应用于复合材料无损检测，但常规检测面积有限，难以完成大尺寸复合材料的缺陷检测。提出了一种投影辅助数字剪切散斑干涉大尺寸复合材料扫描检测方法，该方法基于数字剪切散斑干涉技术并利用辅助投影引入额外表面特征，通过分视场间投影图的单应性矩阵计算分视场间实物图和散斑干涉图的全局匹配和坐标统一，完成了投影图-实物图-干涉图的多视场扫描与匹配拼接，同时在单视场检测引入4f光路及超广角镜头扩大单次检测面积。实验结果表明：此扫描检测系统能够实现缺陷位置、尺寸较精确的测量，位置定位均方根误差为7.0 mm，尺寸测量误差的均方根值为4.9 mm。在1.2 m的工作距离下单次检测面积可达600 mm×500 mm，全局扫描检测面积高达3.5 m×4.0 m。此方法具备抗刚体位移干扰强，缺陷检测灵敏度高的优点，适合大尺寸高性能复合材料无损检测现场使用。
数字剪切散斑干涉 大尺寸 投影辅助 无损检测 复合材料 digital shearography large-size projection assistance non-destructive testing composite materials 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210509
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
针对传统空间载波相移剪切散斑干涉系统中剪切量难以快速、定量、精确调节的问题,提出了一种利用液晶空间光调制器(LC-SLM)调制剪切量的空间载波相移剪切散斑干涉测量系统。采用LC-SLM作为剪切量调制器件,通过电寻址的方式对LC-SLM工作区域内每个微小液晶单元的相位精确控制,通过透镜的傅里叶变换,将频域内的相移调制转化为空间域的位移调制,从而达到精确调整剪切量的目的。组建实验系统,对本文方法进行了实验验证,实验结果表明,该系统可以对物体变形引起的干涉相位变化进行全场测量,通过在LC-SLM中写入周期条纹图像,可以调节剪切量,同时也可以对空间载波频率进行调整。该系统与传统空间载波剪切散斑干涉系统相比,具有定量、精确、快速调节剪切量的优势。
测量 剪切散斑干涉 液晶空间光调制器 空间载波 剪切量 光学学报
2021, 41(15): 1512001
1 东南大学江苏省工程力学重点实验室, 江苏 南京 211189
2 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室, 北京 100076
提出了一种基于彩色摄像机的双波长激光剪切散斑干涉测量方法,用于同步测量变形物体的面内和面外位移导数。两束不同波长的激光以相同的入射角,同时对称地照射在被测物体表面。基于改进的迈克耳孙干涉光路并仅用一个相移器,建立了时间相移的双波长激光剪切散斑干涉测量系统。通过一个3芯片彩色相机的绿色和蓝色通道记录两个不同波长激光干涉形成的干涉图。运用Carré算法从分离的绿色和蓝色剪切散斑干涉条纹图中提取出与面内和面外变形导数分量相关的相位。悬臂铝梁的变形测量结果验证了该测试系统的可行性。
测量 双波长剪切散斑干涉 位移导数测量 3芯片彩色相机 光学学报
2020, 40(18): 1812002
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
针对传统剪切散斑干涉技术只能测量粗糙表面, 无法直接测量镜面物体的缺陷, 提出了一种改进的剪切成像装置, 利用被测物表面反射由激光经毛玻璃组扩束后产生的散斑来实现镜面物体缺陷检测; 同时采用双成像的马赫曾德干涉系统, 实现剪切量与载波频率的独立调整, 扩大有效测量区域.对8 k镜面板采用顶针加载的方式, 对预置缺陷的镜面表面材料采用热加载的方式, 进行缺陷检测.实验结果表明: 该方法检测出的缺陷分布与加载方式、预置缺陷的分布基本保持一致, 可实现对镜面材料内部缺陷的快速动态检测.
剪切散斑干涉 镜面被测物 毛玻璃组 马赫曾德双成像 缺陷检测 Shearography Object with specular surface Frosted glass group Double imaging Mach-Zehnder Defect detection
齐齐哈尔大学 计算机与控制工程学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
为使仅适用于静态测量的空间相移剪切散斑干涉系统可用于物体变形的动态测量，在对传统剪切散斑干涉系统加以改进的基础上，提出一种物体变形动态检测方法。将检测系统中的压电陶瓷控制器用参考镜代替，减少了物理装置控制与执行的时间。对于物体发生变形的同一状态，仅需采集一幅干涉图像即可满足后期计算，加以二维连续小波滤波和最小二乘相位解包算法，能满足物体变形动态在线检测的需求。理论和实测实验表明，该方法能快速可靠地检测出物体动态形变，整个系统的最大误差范围在-1.5 rad~1.5 rad之间，整个检测过程最大误差百分比为6.4%，有较高的精度和实用性，为新型剪切散斑干涉测量系统的改进和设计提供参考。
光学测量 变形检测 动态检测 剪切散斑 optical measurement deformation detection dynamic detection shearography
1 合肥工业大学 仪器与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 美国奥克兰大学 机械工程系, 罗切斯特 48309
剪切散斑干涉技术是一种非接触测量物体变形缺陷的光学无损测量方法, 其通过计算物体变形前后的散斑图中的相位获取被测物的应变缺陷信息。近年来该技术在航空、航天等工业无损检测领域得到了广泛的应用。本文从系统关键技术、散斑图像处理技术两方面介绍了剪切散斑干涉技术的研究进展, 详细论述了多种剪切装置实现大视角测量、空间载波实现动态测量、多种图像处理算法的一系列剪切散斑干涉技术; 最后介绍了剪切散斑干涉技术的国内外应用进展, 展望了剪切散斑干涉技术在动态测量、光滑表面测量及定量反算形变量等方面的发展趋势。
剪切散斑干涉 大视角 动态测量 图像处理 shearography large viewing angle dynamic measurement image processing
