1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210000
2 中航西安飞机工业集团股份有限公司复合材料厂，陕西 西安 710089
针对数字剪切散斑干涉技术在检测过程中得到的包裹相位图中存在噪声干扰的问题，本文提出了一种基于同态滤波的正余弦全变分融合降噪的激光散斑图像噪声抑制方法。首先对同态滤波后的包裹相位图进行正余弦分解，然后在分解的基础上通过全变分滤波来抑制噪声，最终通过散斑抑制指数的变化自适应地判断滤波是否完成。通过仿真与实验对所提方法的有效性进行了验证。首先向仿真包裹相位图中添加噪声并采用所提方法进行噪声抑制，根据散斑抑制指数验证所提方法的可行性；然后对预制缺陷的复合材料试件进行检测，并采用所提方法进行噪声抑制；最后通过散斑抑制指数和相位展开结果对所提方法的滤波效果进行验证。结果表明：采用所提方法得到的散斑抑制指数相较于传统的正余弦全变分滤波方法约降低了10.7%，同时有效地保护了相位信息不被破坏。
测量 融合滤波 数字剪切散斑干涉术 散斑图像 噪声抑制
Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Applied Sciences; Department of Chemical Engineering, Delft University of Technology, 2629 HZ, Delft, The Netherlands
2 JM Burgerscentrum for Fluid Mechanics, 2628 CD, Delft, The Netherlands
3 Faculty of Mechanical, Maritime and Materials Engineering; Department of Precision and Microsystems Engineering, Delft University of Technology, 2628 CD, Delft, The Netherlands
We study how the speckle contrast depends on scatterer velocity, with the goal of further developing laser speckle imaging as a quantitative measurement technique. To that end, we perform interferometric computer simulations on a dilute plug flow. The results of our numerical experiment, that we compare with known analytical expressions to confirm their veracity, match well at low velocities with the Gaussian expression. Finally, we address the issue of how velocity depends on speckle decorrelation time, and show that the speckle size is most likely the relevant connecting length scale.We study how the speckle contrast depends on scatterer velocity, with the goal of further developing laser speckle imaging as a quantitative measurement technique. To that end, we perform interferometric computer simulations on a dilute plug flow. The results of our numerical experiment, that we compare with known analytical expressions to confirm their veracity, match well at low velocities with the Gaussian expression. Finally, we address the issue of how velocity depends on speckle decorrelation time, and show that the speckle size is most likely the relevant connecting length scale.
Speckle interferometry Velocimetry Numerical simulation Mie theory Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(2): 2022010
嘉应学院物理与电子工程学院，广东 梅州 514015
根据透明介质的光学折射特性，分析了内标法的测量误差，提出了一种激光散斑干涉测量液体折射率的改进方法，设计了一种由完全相同的两个长方体槽组成的双槽结构，其中一槽装有待测透明液体，并以此搭建了一套像面散斑光学测量系统，双槽结构则置于成像透镜和CCD相机之间。首先调节双槽至平行且垂直于光轴放置，利用CCD相机采集一张散斑图，接着调节双槽的夹角使其左右对称地偏转微小角度放置，此时再采集一张散斑图，然后采用数字散斑相关方法进行处理得到变化前后的散斑面内偏移量，最后理论计算出透明液体的折射率。利用这一方法测量了水和乙醇的折射率，并与内标法相比较，结果表明改进方法具有误差小、精度高的特点。
测量 散斑干涉 折射率 数字散斑相关 内标法 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0512001
红外与激光工程
2021, 50(10): 20200451
桂林电子科技大学广西制造系统与先进制造技术重点实验, 广西 桂林 541000
针对激光散斑干涉图像在局部高密度噪声和拉线区域中,最小二乘解包裹算法存在过度平滑、迭代次数多和运行时间长等问题,提出一种新的算法。该算法基于散斑干涉图像近似服从周期性的抛物线分布的规律,首先采用两次矩阵变换,对噪声所在的坐标点进行锁定;继而利用掩模技术并结合二维离散余弦变换和Picard迭代方法,对噪声的传播进行抑制,从而获得平滑的图像。实验结果表明:激光散斑干涉测量对局部高密度噪声很敏感,经过平滑优化后,所提算法较传统最小二乘迭代算法具有更少的迭代次数和更短的计算时间,对单根拉线、单个噪声和变形干扰下的干涉测量的识别率高达96%,精度优于传统算法,具有很高的工程应用价值。
成像系统 激光散斑干涉测量 高斯赛德尔迭代 松弛迭代 Picard迭代 高密度区域 激光与光电子学进展
2020, 57(18): 181101
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
在地基太阳观测中,光线在穿越大气层时会受到大气湍流的影响而导致图像扭曲、变形以致质量下降。为了消除或降 低大气湍流的影响,事后图像处理技术被用来获得高分辨力的太阳图像。基于斑点干涉法和斑点掩模的事后重建算 法可以获得高分辨力的图像,但由于计算复杂度高,难以满足实时性的要求。在讨论了算法原理的基础上, 使用CUDA并行计算架构实现了太阳斑点重建算法并行化。实验结果表明,在GPU环境下,一张TiO通 道2304 pixel×1984 pixel像素大小的图像,可以在70 s内完成重建,相比运行在CPU上的串行程序,加速比可达7以上。
图像重建 斑点干涉法 斑点掩模法 并行计算 GPU GPU CUDA CUDA image reconstruction speckle interferometry speckle masking parallel computing
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
根据干涉条纹区域的特征,对比了多种常规的边缘检测方法,提出了一种基于二阶梯度熵函数的散斑干涉条纹区域自动提取的判定函数,并通过分析不同的散斑干涉条纹图片,确定了最佳的检验子区熵的尺寸区间以及不同干涉条纹图中的自适应阈值区间,最终通过连通区域分割完成对条纹区域的自动提取。对所提方法进行实验验证,结果表明:子区熵尺寸取15 pixel以上时,图片熵值的计算更准确;自适应阈值在[0,Qmax-1.25]中取值时(Qmax为图中最大梯度熵值),可以将干涉条纹区域与散斑背景区域有效分割,实现对散斑干涉条纹区域的自动提取。
测量 散斑干涉 干涉条纹区域 二阶梯度熵 自适应阈值 光学学报
2019, 39(12): 1212004
提出利用数字剪切散斑干涉技术对复合材料层压板缺陷进行检测, 搭建了实验系统和仿真系统, 通过与X光探伤技术及超声C扫的检测结果进行了对比, 证明了所提出方法有效性; 通过对不同曲率层压板的实验结果进行分析, 证明了所提出方法的有效性。此外, 本文还提出了相对形变相位阈值作为检测缺陷是否有效的判断标准, 并根据此标准推测不同温度加载条件下的缺陷检测能力, 为数字剪切散斑技术应用于复合材料缺陷检测加载参数设置提供参考。
数字剪切散斑 复合材料层压板 曲面壳 有限元分析 缺陷检测 laser shear speckle interferometry carbon composite laminates curved shell FEA method defect detection
1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
2 南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
对近年来数字全息及散斑干涉技术在形变与位移测量方面的主要技术发展及应用发展进行综述。由于数字全息测量具有准确性高、无损、全场和动态测量等优点, 成为形变和位移测量的重要技术之一。最近几年, 数字全息技术在形变测量领域的发展主要体现在如下几个方面。首先, 数字全息形变测量逐步由原来单一维度的形变测量转向多维度的形变测量。尤其是三维形变的同时测量是近年来本领域的研究重点。其次, 形貌形变联合测量的技术受到关注。实际应用中曲面物体常常存在。而曲面物体需要离面与面内形变的分析, 这需要获取曲面物体的形貌信息。针对这一需求, 学者们针对形貌形变的同时测量方法开展了研究。再次, 为了进一步扩大测量视场和深度范围, 对基于长波长及远距离的技术进行了探索。与此同时, 回顾了数字全息的形变测量技术在应用方面的进展。值得关注的是, 在应用方面, 数字全息技术从以前工程领域的形变测量向生物医学领域的形变测量发展, 测量数据用于生物医学领域疾病分析与研究。
数字全息 散斑干涉 形变测量 位移测量 digital holography digital speckle interferometry deformation measurement displacement measurement 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603010
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 美国奥克兰大学机械工程系, 密歇根 罗切斯特 48309
在散斑干涉测量中,散斑相位图存在大量散斑噪声,需要对其进行滤波处理。但是,目前存在的滤波评价指标不适用于对单一图像持续滤波过程的判断,难以实现滤波过程的自动化。提出一种基于平滑样条拟合的滤波评价方法,通过对滤波过程中相位图的相位分布进行平滑样条拟合并计算其均方根误差,实现对滤波效果的定量分析,以及对持续滤波过程中的图像滤波完成情况的判断,并采用散斑干涉测量中的实验图像对所提方法进行实验验证。实验结果表明,该方法能有效判断散斑相位图是否滤波完成。最后通过对该方法判断的滤波完成图像进行解包裹处理,进一步验证了该方法的有效性和普适性。
散斑干涉测量 滤波评价 平滑样条拟合 滤波完成判断
