界面反射超声散斑统计特性

对粗糙界面反射超声散斑场的一阶和二阶统计特性进行了理论和实验分析。在假设条件下,理论分析的结果表明反射空间中超声散斑的振幅和相位分别服从瑞利分布和均匀分布,而且用聚焦探头所接收的超声散斑的平均横向尺寸仅取决于测量系统的特性,与散斑的空间位置无关。为验证理论分析结果,作者建立了专门的实验系统,用圆形孔径聚焦探头接收从粗糙液－固界面上反射在不同空间位置上的超声散斑信号。实测数据显示假设条件是合理的,理论分析是正确的。     

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     

运动界面上反射超声散斑空间运动的研究

在Kirchhoff 衍射理论的基础上，应用随机信号相关原理，推导了作刚体运动的界面上反射超声散斑在空间运动时，保持其复振幅相关的必要条件.由此得到超声散斑的空间运动公式.界面、超声散斑和超声接收探头之间的相对运动，导致界面孔径的改变.分析表明，在保持界面孔径相关的条件下，界面所允许的最大平移量和转角值，与声源位置、接收用聚焦探头的数值孔径、超声入射角以及观察角有关.应用数字相关技术和三维扫描信号采集系统，根据散斑场子集相关系数的单峰性质，对超声散斑空间运动公式进行了实验验证.实验结果表明，理论分析所得的 关键词： 超声散斑 相关原理 空间运动     

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     

水下高斯界面背向散射超声散斑场的相位奇异

为了精确描述超声散斑场的特性,提出了采用计算机模拟产生超声散斑场的方法.利用模拟产生的高斯相关随机表面,获得了这类表面远场超声散斑场,同时得到了声强分布和相位分布.与实验产生的散斑场进行对比,建立了超声散斑场接收的实验系统,取与计算模拟相同的参数,获得了实验散斑场.通过对比发现:计算机模拟产生的超声散斑场相位存在奇异点,奇异点周围相位分布类似漩涡,计算机模拟产生的散斑场与实验得到的散斑场强度分布相似,强度值比实验产生的散斑场强度大,携带有用信息的高亮散斑较多,暗点较少,更利于研究和分析.     

粗糙表面对散斑统计特性的影响

为研究高速摄影中激光相干噪声的影响因素,降低激光照明中散斑噪声对高速摄影成像质量的影响,对激光照射表面的粗糙程度与形成的散斑场统计特性之间的关系进行了研究。基于菲涅尔-基尔霍夫衍射原理,分析了高斯光束入射在随机粗糙表面上经反射形成的散斑图样,通过对大量散斑图样的数据统计,得出了激光散斑的信噪比、自相关函数、概率密度函数与入射表面粗糙度之间的变化关系。计算结果表明:粗糙度的增大使散斑场信噪比降低、相干程度减小、概率密度降低,即表面越粗糙散斑噪声越严重。     

界面反射P-SV波转型超声散斑统计特性

对超声P波入射至强散射粗糙界面上时,反射声场中的转型SV波散斑的统计特性进行研究。根据Frensel-Huygens理论和自相关原理,得到了SV波散斑振幅概率密度函数的Rayleigh分布形式以及散斑平均横向尺寸的计算公式。进而又得到了,在使用具有一定尺寸孔径的横波探头时,所接收的SV波散斑的归一化声强的概率密度函数表达式,它与横波探头内接收到的平均散斑个数有关。在实验中,应用了两种不同孔径尺寸的横波探头对SV波的散斑声强进行测量。对测量所得的散斑合强度的数据进行统计分析的结果表明,实验值与理论值有较好的一致性。由此证实,上述理论分析的结果是正确的。     

散斑场相位涡旋及其传播特性的实验研究

用CCD记录散斑场和参考光的干涉图样, 利用傅里叶变换法实现了散斑场复振幅以及相位分布的实验提取, 在复振幅实部零值线和虚部零值线切点处出现一种新的相位奇点, 与两条零值线交点处的传统相位奇点周围单调螺旋变化的相位分布不同, 绕切点一周的相位具有先增大后减小几乎呈对称性分布的特性, 为了解释这种新的相位奇点,提出了准孪生相位涡旋的概念. 在理论研究散斑场强度的纵向自相关函数的基础上, 实验观察散斑场相位涡旋的传播, 发现在光强纵向相关长度范围内的不同传播距离处的观察面上, 复振幅实部和虚部随机变化而涡旋的 关键词： 相位涡旋 散斑 干涉     

旋转圆柱目标的动态散斑统计特性(英)

高斯光束照射以固定角速度旋转的粗糙圆柱体表面,反射空间形成随着被测表面运动变化的动态散斑。研究了照射面积大于圆柱曲面条件下在远场衍射区形成的动态散斑统计特性,得到了不同入射条件及不同圆柱时动态散斑强度起伏空间-时间归一化相关函数。结果表明:随着圆柱半径、旋转速度以及照射光斑有效面积的增大,动态散斑强度起伏相关性快速减小;当圆柱旋转速度恒定,动态散斑光强起伏相关函数的峰值随着探测点之间距离的增大而减小,但峰值的位置随之而增大;在近似点照射情况下随着圆柱半径的增大空间相关长度基本不变,而相关时间性明显增大。     

Statistical property of dynamic speckles produced by a rotating cylinder object

高斯光束照射以固定角速度旋转的粗糙圆柱体表面,反射空间形成随着被测表面运动变化的动态散斑.研究了照射面积大于圆柱曲面条件下在远场衍射区形成的动态散斑统计特性,得到了不同入射条件及不同圆柱时动态散斑强度起伏空间-时间归一化相关函数.结果表明:随着圆柱半径、旋转速度以及照射光斑有效面积的增大,动态散斑强度起伏相关性快速减小;当圆柱旋转速度恒定,动态散斑光强起伏相关函数的峰值随着探测点之间距离的增大而减小,但峰值的位置随之而增大;在近似点照射情况下随着圆柱半径的增大空间相关长度基本不变,而相关时间性明显增大.     

旋转粗糙目标微运动特征识别技术

基于动态散斑技术的微运动特性识别在目标探测领域具有重要的研究价值.以粗糙面散射理论为基础,研究了旋转粗糙凸体目标的动态散斑时间相关函数,给出了旋转圆锥体目标动态散斑时间相关函数.将数值结果与相同条件下实验结果进行比较,验证了圆锥体目标时间相关长度的有效性.利用粒子群算法,反演出旋转圆锥体的旋转角速度和视线角.结果表明,该方法可识别旋转圆锥体范围为20°—90°之间的视线角值和范围为0.5—6 r/min的角速度值,为微运动特征识别提供理论和实验依据.     

Whole field surface roughness measurement by laser speckle correlation technique

This paper describes a speckle correlation technique for the determination of surface roughness, ranging from 1.6 to 50 μm. Instead of moving the laser beam, the specimen is rotated to achieve angular speckle correlation (ASC) in the far-field plane. The technique is simple and requires minimum optical alignment. The experimental results show a good agreement with the standard specimen of known roughness. An error analysis on the experiment has been carried out. Together with the theoretical curves, the roughness values can be easily related to the change of incidence angle at a particular visibility of the correlation fringes between two speckle patterns.     

带旋转毛玻璃干涉成像系统的统计分析

 从统计光学出发,建立了带旋转毛玻璃干涉成像系统的信噪比理论模型,分析旋转毛玻璃参数、光场相干性与系统信噪比之间的关系。模拟计算和实验结果表明：旋转毛玻璃降低了干涉成像系统中光场的相干性,增大了曝光时间内采集的不相关散斑场个数,从而抑制了相干噪声;旋转毛玻璃表面粗糙度的增大,相关长度的缩短,转速的提高都会减小光场的相干时间。为了得到较理想的系统信噪比,应控制旋转毛玻璃参数使旋转周期约等于CCD曝光时间,并使光场相干长度为测试光和参考光间光程差的2～5倍。     

偏振激光散斑的积分光强的统计特性

本文讨论了偏振激光散斑的统计特性,得出了部分偏振激光散斑场的积分光强的概率密度函数的精确表达式,通过实验研究了当检测孔径面积和平均光强变化时偏振激光散斑的积分光强的概率密度函数。 关键词：     

数字散斑亚像素小角位移测量的曲面拟合法

与传统测量方法相比,数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性,能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题,研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法,并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析,得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性,为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。     

平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪

准确的脑血流成像对脑功能监测和脑疾病的快速诊断具有重要意义,然而颅骨对超声传播的影响会导致成像质量下降、速度或位移估计不准确等问题.论文采用平面波相干复合结合散斑跟踪方法进行颅内散射目标成像和速度估计,以实现脑血流速度矢量检测;针对颅骨存在导致的超声相位畸变,利用数值仿真和体模实验研究了其对成像及散斑跟踪效果的影响,并...     

用于缺陷定量的超声散射信号去相关分析及贝叶斯反演方法

针对结构中缺陷定量识别问题,建立了椭圆缺陷超声散射仿真模型,研究了缺陷偏转角度及尺寸对散射信号去相关特性的影响。结果表明,超声信号去相关系数矩阵与缺陷几何状态(如尺寸及角度)存在很大关联性,但并非线性相关。结合参数化有限元分析与贝叶斯理论,发展了一种基于超声散射信号去相关分析的缺陷反演方法,开展了缺陷反演数值仿真及检测实验。结果表明,发展的缺陷反演方法可以很好实现铝块与铝板缺陷位置及尺寸反演。其中铝块开口缺陷尺寸(深度)反演误差约为激励波长0.2倍,位置误差约为激励波长0.6倍;铝板圆形缺陷尺寸反演误差约为激励波长0.04倍,位置误差约为激励波长0.4倍。研究工作为结构中缺陷定量识别与评价做了有益探索。      

An effect of curvature of rotating diffuse objects on the dynamics of speckles produced in the diffraction field

The time correlation function is analyzed of the speckel intensity fluctuation produced in the Fresnel diffraction field from a rotating diffuse object under illumination of a Gaussian laser beam. The dependence of the curvature radius of the rotating diffuse object on the time correlation length of the speckle intensity fluctuation is especially explored by taking into account the size of the detecting aperture. The theoretical results are confirmed experimentally for detecting apertures with various sizes. It is shown that a detecting aperture with an appropriate size is required. It becomes useful for determining the radius of curvature of the rotating diffuse object from measurements of the time correlation length of the speckle intensity fluctuation.