多针孔散射屏形成的散斑场分布特性的研究

利用多针孔孔径随机散射屏详细分析了夫琅禾费衍射区的散斑场中的相位和相位涡旋的统计特性,发现散斑相位涡旋的分布具有区域相似性和团簇现象,其中有2个、4个和6个正负相位涡旋形成的独立单元。这些新现象与普通单一孔径形成的散斑相位涡旋的分布完全不同。改变随机散射屏前孔径上小针孔的数量和间距,散斑颗粒和相位涡旋的密度随着改变。     

高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的分布特性研究

弱散射屏产生的远场散斑由一个中央亮斑和一个分布于亮斑周围而与正态散斑类似的散斑结构, 根据弱散射屏远场的散斑图样, 人们假设弱散射屏产生的像面散斑为均匀背景与正态散斑两者相干叠加的结果, 但这种假设与实际像面散斑存在歧异, 基于上述情况, 本文利用4f高通滤波光学成像系统, 研究了高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的统计特性, 得出只有表面均方根粗糙度与入射光波的波长相差不多时上述假设才是可行的结论. 关键词： 弱散射屏 f光学成像系统')" href="#">4f光学成像系统 像面散斑     

一类弱散射界面背向散射超声散斑一阶统计特性

对超声入射至分布有细小凹坑的界平面，这一类弱散射界面背向散射所形成的超声散斑的一阶统计特性进行了研究.在假设条件下，理论分析的结果表明，空间超声散斑的振幅服从Rice分布，而它们的相位概率密度函数是一个包含Gauss分布函数和Gauss概率积分函数的复合函数.当细孔密度非常大时，超声散斑的振幅就趋于Rayleigh分布.应用作者建立的由计算机控制扫描的实验系统，对这一类弱散射界面反射超声散斑的振幅分布进行了测量.实验结果表明，理论分析的结果是正确的，由此，所作的假设条件也是成立的. 关键词： 弱散射 超声散斑 统计特性     

利用散斑图像测量表面粗糙度的计算机模拟及实验

从菲涅耳-基尔霍夫衍射公式出发推导出了粗糙面近场衍射方程。通过对观察面散斑光强统计特性的分析,提出了采用镜射光强分量法测量表面粗糙度的思想。为验证该方法的有效性,首先用计算机模拟产生具有不同统计特性的随机表面,然后对由随机表面产生的散斑场及其光强分布进行计算。计算结果表明,与传统的散斑对比度法相比,散斑镜射光强分量法测量弱粗糙表面粗糙度具有更大的适用范围和更高的测量精度,克服了散斑对比度法易受表面横向相关长度影响的缺点。通过实验对计算机模拟结果进行了验证。     

散斑面内形变场检测系统设计

数字散斑测量是一种非接触、全场测量的高精度光测方法。该系统由散斑生成装置、数据采集装置和数据处理装置三部分组成。散斑生成装置将扩散的激光束投射到待测物体上,用接收屏接收物体散射生成的散斑图像。数据采集装置主要由CCD和数字采集卡组成,CCD拍摄散斑图像,并将其传输给数字采集卡,经采集卡转换成数字图像,以矩阵形式输入到数据处理装置。数据处理装置根据光学相关识别技术设计的检测程序对采集到的数字图像进行相关运算,通过对相关峰的准确定位来获取物体的形变信息。     

天体目标斑点成象的模拟

根据大气湍流的统计特性规律,对孔径为1.5m望远镜的随机相位屏的产生以及望远镜成象特性进行了模拟.对相位屏的方差、低频特性进行了有效控制和改善.用大气的结构函数和大气望远镜的散斑传递函数两种方法对随机相位屏的光学特性进行了评估,证明了模拟算法及其结果的正确性.     

时域飞秒散斑的特性与测量

阐述了飞秒激光脉冲在随机介质传播过程中产生时域散斑的原理,并对时域飞秒散斑进行了测量. 时域飞秒散斑的产生是飞秒脉冲在随机介质中经历多重散射形成的随机干涉现象在时域的体现. 初步讨论了时域散斑的统计特性并给出了相应的实验结果. 关键词： 时域散斑 飞秒脉冲 随机介质     

反射式赝热光源散斑场的三维特性研究

傅里叶变换关联成像通常采用透射式赝热光源,但透射产生散斑的纵向尺寸过大限制了成像纵向分辨率且透射式赝热光的光通量较低,这对实现三维傅里叶变换关联成像造成了阻碍。为解决这一问题,理论推导了反射式赝热光源散斑场的光强涨落关联函数,给出了散射屏放置在不同空间位置和倾斜角度时的纵向散斑尺寸。同时,进行了基于统计光学的数值模拟,模拟结果与理论结果吻合。结果表明,通过减小散射角和增大散射屏方位角等方法可以有效降低观察点处的纵向散斑尺寸,从而提高纵向成像分辨率。     

参考光干涉提取复振幅的散斑统计函数的实验研究

由散斑场和参考光的干涉图样提取散斑场复振幅、相位和强度的数值分布,并对其统计特性进行实验研究,消除了散斑场强度统计函数特别是概率密度函数的传统测量方法中噪声引起的偏差,并实现了散斑场复振幅和相位统计特性的实验研究.通过对不同散射角处散斑场的研究发现随着散射角度的增大散斑颗粒逐渐呈现出横向展宽的现象,且其平均宽度表现为各向异性,但是其概率密度函数并没有发生变化,与小角度情况一样属于圆形高斯散斑场. 关键词： 散斑 概率密度 干涉     

旋转粗糙目标动态散斑统计特性研究

针对旋转目标视线角和角速度的特征识别问题,基于激光散射理论,分析了可见光波段激光中旋转对称目标动态特性,设计了多姿态旋转运动目标的时序散斑测量光路.研究结果表明:采用多幅图相关函数计算方法对时序图进行处理,得到了不同视线角和角速度的动态散斑归一化时间相关函数曲线.给出了目标范围为0.5r/min~6r/min角速度,范围为20°~90°视线角与时间统计特性的关系.     

基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测

针对目前光滑表面力学性能测试困难的情况,建立了一种改进的数字激光散斑干涉测量系统。首先通过新的散斑干涉光路设计实现散斑照射,同时采用空间载波傅里叶变换法,对光滑零件加载变形的动态散斑干涉图像进行处理,最后得到光滑表面的变形场分布情况。该方法不对被测表面进行任何处理,可实现光滑表面的高精度全场变形测量。实验结果表明:最大变形处为镜面板的中央,测得最大变形量分别为1.936、1.861和1.797μm,与中心变形预设值接近。该方法光路简单、测量方案切实可行,能够实现光滑表面变形的快速动态测量。     

Research for Signal Power Spectrum Distribution in Laser Doppler Rotational Speed Measurement

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基于自相关函数的激光散斑统计半径的测量

为了测量激光散斑的统计半径,运用统计光学理论推导了二维近场散斑光强的归一化自相关函数,并提出了通过求解散斑图像自相关拟合函数的系数来计算激光散斑统计半径的一种测量方法,利用该测量方法编制的测量软件可以方便地计算出激光散斑的统计半径.通过对尺寸已知的模拟散斑的测量,测量结果与实际尺寸相吻合,证实了该测量方法的可行性.     

激光散斑图样的光流场分析研究

提出了一种基于动态图像处理的新的电子散斑计量方法－光流场分析法，从新的角度出发讨论了运用图像序列分析的概念秋解决散斑图样测量的可行性和简便性。并且解决了当散斑图像不满足进行光流场分析的约束条件时的测量问题，即通过多通道的图像处理方法来改变图像连续特性，从而扩大了测量范围。     

Quantitative phase retrieval in dynamic laser speckle interferometry

The rapid progress of modern manufacturing and inspection technologies has posed stringent requirements on optical techniques for vibration characterization and dynamic testing. Due to its simplicity, accuracy and whole-field characters, laser speckle interferometry has served as one of the major techniques for dynamic measurement. In this paper, a two-step phase shifting method is developed for quantitative speckle phase measurement, which helps to eliminate the specklegrams needed for phase evaluation and facilitate dynamic measurement. Unlike previously reported two-step methods using fringe patterns with known phase shift of π/2, a small unknown phase shift is employed instead in the proposed method, which eliminates the need for phase shifting devices. Further investigation shows that small phase shifts are preferable over large phase shifts in this method. Shearographic experiments conducted have demonstrated the effectiveness of the proposed technique.     

Monitoring foam coarsening using a computer optical mouse as a dynamic laser speckle measurement sensor

In this paper, we present an experimental approach to track coarsening process of foam using a computer optical mouse as a dynamic laser speckle measurement sensor. The dynamics of foam coarsening and rearrangement events cause changes in the intensity of laser speckle backscattered from the foam. A strong negative correlation between the average speed of the cursor and the evolution of bubble diameter was found. We used microscopic images to demonstrate that decrease in speed is related to increase in bubble size. The proposed set-up is not very expensive, is highly portable and can be used in laboratory measurements of dynamics in other kinds of opaque materials.     

Understanding the exposure-time effect on speckle contrast measurements for laser displays

To evaluate the influence of exposure time on speckle noise for laser displays, speckle contrast measurement method was developed observable at a human eye response time using a high-sensitivity camera which has a signal multiplying function. The nonlinearity of camera light sensitivity was calibrated to measure accurate speckle contrasts, and the measuring lower limit noise of speckle contrast was improved by applying spatial-frequency low pass filter to the captured images. Three commercially available laser displays were measured over a wide range of exposure times from tens of milliseconds to several seconds without adjusting the brightness of laser displays. The speckle contrast of raster-scanned mobile projector without any speckle-reduction device was nearly constant over various exposure times. On the contrary to this, in full-frame projection type laser displays equipped with a temporally-averaging speckle-reduction device, some of their speckle contrasts close to the lower limits noise were slightly increased at the shorter exposure time due to the noise. As a result, the exposure-time effect of speckle contrast could not be observed in our measurements, although it is more reasonable to think that the speckle contrasts of laser displays, which are equipped with the temporally-averaging speckle-reduction device, are dependent on the exposure time. This discrepancy may be attributed to the underestimation of temporal averaging factor. We expected that this method is useful for evaluating various laser displays and clarify the relationship between the speckle noise and the exposure time for a further verification of speckle reduction.     

四光束剪切相干成像目标重构算法研究

针对传统剪切光束成像技术的准实时性问题,提出用口字形排布的四束光代替传统L形三束剪切光照射目标,研究了四光束剪切相干成像目标重构算法.只需单次测量就能同时重构出四幅目标图像,减少了用于降低散斑噪声、获取高质量图像所需的测量次数,同时大大减少了多组发射时的光束切换次数,提高了成像效率.在算法实现中,通过最小二乘法恢复出四组波前相位,利用散斑幅值的简单代数运算恢复波前幅值,从而重构出目标图像.仿真结果表明,与传统方法相比,在图像质量相同的前提下,本文方法所需的数据采集时间减少了至少1/2,不但提高了目标重构效率,还可为远程运动目标的成像识别提供更好的手段.     

高分辨激光显微测量系统的应用

高分辨显微测量系统在观察样品表面细微结构和普通光学难以分辨的极限尺寸样品的测量中实现了高分辨、高精度和自动化的综合显微分析。文中采用激光光源提高显微测量精度,并消除了激光散斑的影响,采用高分辨CCD工业相机对光盘的道间距及表面参数进行了实时显微测量分析。