电子散斑干涉载频调制形貌测量方法的分析

根据电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的基本原理,物体表面的微小偏转可引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。将物体的偏转视为变形,对物体变形与载波干涉条纹之间的关系进行了讨论,得出了离面位移引入载波和面内位移引入含有物体高度信息相位的结论。发现利用典型电子散斑干涉系统测量物体形貌效果最好,并通过实验得到了验证。     

大剪切电子散斑干涉的载频调制与位移场测量

将电子散斑干涉场的载波调制引入到大剪切电子散斑干涉中,通过对参考物的微小偏转引入载波条纹;利用傅里叶变换法,解调出了变形场的相位,从而实现了物体变形场的精确测量。讨论了大剪切载频的调制机理,理论分析表明,调制条纹的空间频率与参考面偏转的角度成正比;因此,控制参考面的偏转角度可实现不同位移量系统的调制。利用中心加载周边固定圆盘进行了典型实验,实验结果证明在大剪切电子散斑干涉技术中可以通过参考面的旋转高质量地实现电子散斑干涉条纹的调制,求解位移场。该系统具有系统简单,不需要专门引入参考光,条纹质量好等优点。该技术可扩展电子散斑干涉的应用范围,有一定的实际应用价值。     

电子散斑干涉位移场分离技术及其在三维测量中的应用

提供了一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移场测量方法.在双光束电子散斑干涉中增加参考光,使这一路参考光为两光束所共用.两束光各自独立地对变形物体进行测量,结合相移技术,可分别得到包含离面和面内位移信息的二幅位相图.只需简单的位相运算就能够将面内位移场与离面位移场分离.在竖直方向上,采用两光束对称照明被测物,直接测量面内位移竖直方向分量.本文将该技术应用到柴油机油泵测量上,得到了油泵的三维位移场.该技术为三维位移场的测量提供了一种新的有效途径,也为柴油机零部件的强度和刚度分析评价提供了新的方法.     

云纹干涉载频调制技术及分析

在物体变形场的测量中,云纹干涉的载频调制技术有重要作用.在云纹干涉中,对称光照明产生的衍射光沿试件栅表面的法线传播并产生干涉.通过改变照明光的入射角度,可实现变形条纹场的空间调制.通过光程差的分析说明了载波条纹产生的机理,得出了载波频率与照明光入射角度变化之间的关系式.利用三点弯曲加载结合二维载频调制实验,给出了实验结果.证明了在初始条纹较少的情况下,载频调制技术能有效地测量物体的位移场.     

载频调制大剪切电子散斑干涉系统

大剪切电子散斑干涉技术不需要引入参考光，具有条纹质量好等特点。提出将干涉场的载频调制技术引入到大剪切电子散斑干涉中，可形成具有载频调制功能的新的电子散斑干涉系统。该系统具有对测量环境的隔振振动要求低，能方便定量求解物体的变形场等优点。首先讨论大剪切载频的调制机理，然后利用中心加载、周边固定的圆盘进行典型实验，设计了可用计算机控制且可对参考物进行精确偏转的步进电机系统，进而实现了对电子散斑干涉场的自动控制调制。最后，利用傅里叶变换法对调制条纹进行解调，解调出变形场的相位，并通过相位与位移的转换计算，得到精确的物体变形场。实验结果证明，该系统能够调制电子散斑干涉场，求解物体的位移场。     

基于迈克尔逊干涉的傅里叶变换散斑形貌测量技术

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路,将物体偏转一微小角度（等效为物面与参考面间形成空气楔）产生等厚干涉,可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图,利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息,从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理,并进行了实物测量,给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌,所以具有灵敏度高的优点。     

利用激光全息干涉测量梁的微小位移

全息干涉测量利用二次曝光记录物体在不同载荷状态下的相对位移场.通过在干板上记录和比较不同状态产生的光波的干涉,可以得到在不同载荷时干涉条纹随物体位移的变化情况,实现对物体微小变形、微小位移量的测量.本文利用激光全息干涉技术测量了金属梁的微小位移量,计算得到金属梁的弹性模量和挠度.     

基于正交光栅投影的快速调制度测量轮廓术

在共轴光学测量系统中,将水平光栅与竖直光栅沿着光轴方向相距一定距离垂直放置,被测物体放置在两个光栅成像面之间.利用同光轴方向放置的CCD采集一帧正交光栅像,进行傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换操作,分别得到对应水平条纹分量和竖直条纹分量的调制度图,通过计算其调制度比,实现对复杂物体的快速三维面形测量.在几何光学近似条件下,给出两个光栅投影像的光强表达式,讨论了水平光栅与竖直光栅间距和投影镜头光圈大小对测量结果的影响.对标准平面和复杂物体三维面形的快速测量结果表明,该方法能快速有效地测量恢复物体的三维信息.     

基于单帧变形条纹的物体三维位移和速度测量

用隔行扫描摄像机采集到的运动物体单帧变形条纹测量三维位移和速度.该方法将一帧变形条纹分成两个单场,利用傅里叶变换轮廓术重建三维面形,从单场条纹的调制度中提取二值化模板,计算质心获得亚像素匹配定位点,通过双三次插值和标定,实现了一个场周期时间内三个维度上的位移和平均速度的测量.匀速运动物体实验结果表明:被测速度的最大绝对误差为0.6 mm/s,相对误差为0.57%.该方法仅用一帧变形条纹即可测量运动物体的三维位移和速度,提高了时间分辨率和测量准确度.     

利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的方法

为了获得准确的面形测量,提出了一种相移电子散斑干涉技术测量物体面形的测量方法.利用电子散斑干涉产生载波条纹,该载波条纹受到物体表面高度的调制变得弯曲,引起载波条纹相位的变化,可运用相移技术提取物体的相位信息,最后根据高度和相位之间的关系得到物体的面形.介绍了该方法的原理,利用该方法对球冠物体进行了面形测量,证明该方法测量物体面形是可行性的.由于是采用散斑干涉的方法产生干涉条纹,因此该方法测量物体面形具有灵敏度高的优点.     

偏转平台剪切电子散斑干涉相移技术研究

在沃拉斯顿棱镜作为剪切器件的传统剪切散斑干涉术中,由于错位的二物光束同光路传播,很难通过将它们分开来引入附加相位的方法实现相移。本文提出的偏转平台法是利用平台上物体的偏转来引入附加相位的,从而可以实现剪切电子散斑干涉的相移。理论分析证明,物体的偏转可以引入稳定、线性的附加相位,并给出了物体偏转角度与附加相位之间的关系式;利用周边固定、中心加载圆盘进行了典型实验,给出了实验结果,证明偏转平台相移技术能够有效地从干涉条纹中提取位移导数信息。     

The separation of out-of-plane displacement from in-plane components by fringe carrier method based on large image-shearing ESPI

A fringe carrier method for separating out-of-plane displacement from in-plane components based on large image-shearing electronic speckle pattern interferometry (ESPI) is presented. If the test object is respectively illuminated by two expanded symmetric illuminations in large image-shearing ESPI, two interferometers are formed. Carrier fringe patterns can be introduced by tilting reference surface a small angle. The carrier fringe patterns are demodulated after deformation of the object. Two phase maps, which include out-of-plane and in-plane displacement, can be obtained by using Fourier transform. Then out-of-plane displacement can be easily separated from in-plane displacement by simple operation between two unwrapped phase distributions. The principle of spatial carrier frequency modulation in large image-shearing ESPI is discussed. A typical three-point-bending experiment is completed. Experimental results are offered. The results show that the method offers high visibility of carrier fringes. And the system presented does not need a special beam as a reference light and has simple optical setup.     

三维混合域重建算法在太赫兹全息成像中的应用

提出了一种三维混合域重建算法,该算法在垂直方位向采用空间波数域匹配滤波,结合距离水平方位域后向投影技术完成目标三维重建。与三维波数域算法相比,该算法不仅避免了复杂的三维Stolt插值,还继承了后向投影技术便于处理运动补偿的优点。相比传统的三维时域后向投影算法,该算法通过在垂直方位向的波数域处理,运算量显著减少。通过对0.2 THz波段仿真和实验数据的重建,验证了算法的正确性和有效性。     

All-around holographic three-dimensional light field display

Technology for all-around holographic three-dimensional (3D) light field display is proposed in this paper. A plane mirror keeps rotating around the optical axis. At each angular position, the mirror-image's Fourier CGH of the target object is projected onto the mirror. The reflected CGH contributes a specific viewing angle range to the target object. Linking up all viewing angle ranges in the horizontal plane, all-around display can be realized via the “afterimage” effect. An all-around holographic 3D light field display is implemented experimentally here with a 60 Hz SLM by introducing an observer tracking unit in the proposed display system.     

Shadow Moiré method for the determination of the source position in three-dimensional shearography

Shearography is a full-field non-contact optical technique used for characterisation of surface strain. In a multi-component system, the displacement derivative components are measured using a number of illumination positions. These components are then transformed into a three-dimensional coordinate system, using a knowledge of the source positions. This process is highly sensitive to errors in the knowledge of the source position. Shadow Moiré, with either linear or circular gratings, can be used to measure angle of illumination, with the measurement sensitivity and accuracy variable by changing the grating pitch. Circular gratings have a measurement range determined by multiple fringe analysis and linear gratings have a different measurement range determined by sub-fringe analysis. In this paper vertical linear, horizontal linear and circular gratings are combined to extend the measurement range and the accuracy of the measurement of the source position in two directions. Using this method the source position was measured to an accuracy of ±3%.