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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 減模式下數(shù)字散斑干涉光強(qiáng)不均勻性的校正方法
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 數(shù)字散斑干涉技術(shù)由于具有靈敏度高、全場非接觸、適合現(xiàn)場測量并能夠通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行后期處理的優(yōu)點(diǎn)，目前在光學(xué)無損檢測技術(shù)中占有非常重要的地位。然而，減模式下的條紋圖除了含有比較強(qiáng)的散斑噪音之外，還會(huì)因照射激光光束質(zhì)量，以及被檢測物體表面的反射率差異而使其受到不均勻光強(qiáng)調(diào)制，以致影響到條紋圖質(zhì)量。本作品在分析剪切型散斑干涉原理的基礎(chǔ)上，指出了光強(qiáng)不均勻性對于減模式下條紋圖的影響?；谏呦辔坏闹髦翟?-π,π]均勻分布的假設(shè)，提出了一種實(shí)用的減模式下光強(qiáng)不均勻性的自適應(yīng)窗口校正方法。這種方法能夠在減模式計(jì)算式中消去光強(qiáng)調(diào)制項(xiàng)，使條紋圖受反射光強(qiáng)度分布的影響被有效減小，具有良好的效果。該方法可以擴(kuò)大散斑干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其能夠檢測一些表面反射不均勻的試件或者兩種反射率不同材料的結(jié)合部位，可推廣應(yīng)用于大表面積的無損檢測技術(shù)。根據(jù)取得的研究成果，我們撰寫了兩篇論文，其中一篇已發(fā)表于《光學(xué)學(xué)報(bào)》，另一篇已投稿于美國的《應(yīng)用光學(xué)》（Applied Optics），目前處于審稿階段。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前，在對減模式下數(shù)字散斑干涉條紋圖進(jìn)行處理時(shí)，都是在假設(shè)散斑場亮度均勻分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這些處理方法在散斑場亮度差異不大的情況下可以得到很好的結(jié)果。但是當(dāng)檢測表面引起強(qiáng)烈的強(qiáng)度調(diào)制時(shí)，會(huì)使相減后形成的條紋圖在某些位置不明顯，甚至丟失條紋，因此在檢測中有可能丟失某些缺陷信息，一定程度上影響散斑干涉檢測的可靠性。為了消除光強(qiáng)不均勻性對減模式下數(shù)字散斑干涉圖的影響，本作品基于散斑相位的主值在(-π,π]均勻分布的假設(shè)，提出了一種實(shí)用的減模式下光強(qiáng)不均勻性的自適應(yīng)窗口校正方法。該方法包含光強(qiáng)估計(jì)、窗口應(yīng)選的自適擇和光強(qiáng)不均勻的校正三步。首先用一個(gè)偏大的窗口對光強(qiáng)調(diào)制項(xiàng)A1A2進(jìn)行預(yù)估計(jì)，然后根據(jù)預(yù)估計(jì)的光強(qiáng)對每一個(gè)像素點(diǎn)自適應(yīng)的選擇其校正窗口，最后在選擇的自適應(yīng)窗口里對光強(qiáng)進(jìn)行校正。這種方法能夠在減模式計(jì)算式中消去光強(qiáng)調(diào)制項(xiàng)，使條紋圖受反射光強(qiáng)度分布的影響被有效減小。實(shí)驗(yàn)證明該方法可以有效地對光強(qiáng)進(jìn)行校正，提高了散斑干涉法在無損檢測應(yīng)用中的可靠性。采用本作品的校正方法可以擴(kuò)大散斑干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其能夠檢測一些表面反射不均勻的試件或者兩種反射率不同材料的結(jié)合部位，可推廣應(yīng)用于大表面積的無損檢測技術(shù)。該作品是教育部“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”資助項(xiàng)目研究成果，根據(jù)取得的研究成果，我們撰寫了兩篇論文，其中一篇已發(fā)表于《光學(xué)學(xué)報(bào)》，另一篇已投稿于美國的《應(yīng)用光學(xué)》（Applied Optics），目前處于審稿階段。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 撰寫目的：為了消除光強(qiáng)不均勻性對減模式下的數(shù)字散斑干涉條紋圖的影響，以獲得高質(zhì)量的表征物體形變信息的散斑干涉條紋圖，從而提高散斑干涉法在無損檢測應(yīng)用的可靠性，進(jìn)而擴(kuò)大散斑干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍。 基本思路：根據(jù)散斑相位的統(tǒng)計(jì)特征，通過設(shè)計(jì)一種算法，使減模式下的數(shù)字散斑干涉條紋圖在該算法的作用下，不會(huì)受到光強(qiáng)調(diào)制項(xiàng)的影響，而相應(yīng)的相位信息又得以完全保留。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性和先進(jìn)性：本作品基于散斑相位的統(tǒng)計(jì)特征，假設(shè)散斑相位的主值在(-π，π]均勻分布，提出的光強(qiáng)不均勻性的自適應(yīng)窗口校正方法能夠很好地消除光強(qiáng)不均勻性對于減模式下散斑條紋圖的影響，具有很好的創(chuàng)新性。 獨(dú)特之處：我們在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)光強(qiáng)不均勻性對散斑條紋圖的影響不容忽視，因而對光強(qiáng)進(jìn)行校正顯得很有必要。本作品中對光強(qiáng)不均勻性的校正方法在數(shù)字散斑干涉檢測領(lǐng)域具有很好的導(dǎo)向性。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1.采用本作品的校正方法可以提高減模式下散斑干涉無損檢測技術(shù)的可靠性, 擴(kuò)大散斑干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其能夠檢測一些表面反射不均勻的試件或者兩種反射率不同材料的結(jié)合部位,可推廣應(yīng)用于大表面積的無損檢測技術(shù)。 2.本作品指出的光強(qiáng)不均勻性對于減模式下數(shù)字散斑干涉條紋圖的影響及其抑制方法，將對數(shù)字散斑條紋圖的后期處理產(chǎn)生一定的指導(dǎo)作用，有利于數(shù)字散斑干涉技術(shù)的發(fā)展。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 在數(shù)字散斑干涉測量中，由于各種原因可能導(dǎo)致CCD接收到的被測物的反射光不均勻，常常影響減模式下的條紋圖。本文在分析剪切型散斑干涉原理的基礎(chǔ)上，指出了光強(qiáng)不均勻性對于減模式下條紋圖的影響。基于散斑相位的主值在(-π,π]均勻分布的假設(shè)，提出了一種實(shí)用的減模式下光強(qiáng)不均勻性的自適應(yīng)窗口校正方法。該方法包含光強(qiáng)估計(jì)、窗口的自適應(yīng)選擇和光強(qiáng)不均勻的校正三步。實(shí)驗(yàn)證明該方法對于光強(qiáng)校正的有效性，提高了散斑干涉法在無損檢測應(yīng)用中的可靠性。
獲獎(jiǎng)情況
- 1.于《光學(xué)學(xué)報(bào)》2009年29卷第2期發(fā)表論文一篇 2.于2009年5月投給美國的《應(yīng)用光學(xué)》（Applied Optics）一篇論文，目前處于審稿階段。 3.于2009年6月榮獲第七屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 國外，自1966年Ennos在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)散斑具有可測的強(qiáng)度和確定的相位后，散斑作為測量信息的載體就得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。1968年，J.M.Burch等提出了散斑干涉原理，并用于疲勞檢測；1971年，Leendertz等采用電子散斑干涉測量技術(shù)得到了表示物體位移、變形的干涉條紋；1980年，Nakadate首先實(shí)現(xiàn)并得到了512×512陣列的數(shù)字散斑干涉條紋，從而開始了數(shù)字散斑干涉技術(shù)的發(fā)展；1981年，I.Yamaguchi等提出的數(shù)字散斑相關(guān)方法，具有光路簡單、要求測量環(huán)境低等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入90年代后， DSPI的測量速度大為提高，其通過把物體變形前后的散斑圖像量化為數(shù)字圖像，由計(jì)算機(jī)用數(shù)字圖像處理的方法對它進(jìn)行運(yùn)算，在監(jiān)視器上顯示散斑干涉條紋圖，從而減少了電子散斑中的噪聲，提高了干涉條紋的清晰度，并可進(jìn)行自動(dòng)定量分析。 國內(nèi)，伍小平院士等對空間散斑運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，給出了嚴(yán)格的理論公式，發(fā)展了部分相干光散斑干涉的統(tǒng)計(jì)分析方法。于起峰，伏思華等對數(shù)字散斑干涉技術(shù)進(jìn)行了比較全面的研究，并將ESPI與InSAR條紋圖的處理方法進(jìn)行了對比，取得了很好的結(jié)果。 數(shù)字散斑干涉技術(shù)由于具有靈敏度高、全場非接觸、適合現(xiàn)場測量并能夠通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行后期處理的優(yōu)點(diǎn)，目前在光學(xué)無損檢測技術(shù)中占有非常重要的地位。它的基本原理是使用CCD等光電成像器件記錄物體狀態(tài)發(fā)生改變前后的原始散斑場，然后將這兩次記錄的圖像信號進(jìn)行相減或其他處理來產(chǎn)生攜帶物體狀態(tài)改變信息的散斑干涉條紋圖。 目前，數(shù)字散斑干涉條紋圖的生成方法主要采用相減模式，減模式下的條紋圖除了含有比較嚴(yán)重的乘性噪聲之外，還會(huì)因照射激光光束質(zhì)量，以及被檢測物體表面的反射率差異而使其受到不均勻光強(qiáng)的調(diào)制。然而，從國內(nèi)外許多學(xué)者的研究來看，在對減模式下數(shù)字散斑干涉圖進(jìn)行處理時(shí)，都是在假設(shè)散斑場亮度均勻分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這些處理方法在散斑場亮度差異不大的情況下可以得到很好的結(jié)果。但是當(dāng)檢測表面引起強(qiáng)烈的強(qiáng)度調(diào)制時(shí)，會(huì)使相減后形成的條紋圖在某些位置不明顯，甚至丟失條紋，因此在檢測中有可能丟失某些缺陷信息，一定程度上影響散斑干涉檢測的可靠性。而本作品則主要研究了散斑場亮度對散斑條紋圖的影響，并自行設(shè)計(jì)算法解決了光強(qiáng)不均勻?qū)ι邎D的影響，這就提高了散斑干涉法在無損檢測中應(yīng)用的可靠性。
