应用隧道探索算法提取莫尔条纹偏移量

为了精确提取莫尔条纹偏移量,提出了隧道探索算法,并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹,抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术,追踪分析实验莫尔条纹.首先,追踪各条纹的极大值分布,根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道,调整挖掘宽度,即像素宽度,既实现隧道贯通,又不干预相邻条纹.然后,二值化莫尔图,噪声滤波,滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺,使隧道壁趋于光滑.最后,根据两侧隧道壁的布局,探索条纹隧道走向,提取隧道走向数据,获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角,即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现,最高重建截面温度是492℃,额定电热器表面温度大约500℃,重建截面恰恰在电热器上表面上方,所以重建结果是有效的.     

基于偏折光谱的非线性迭代层析数值模拟

模拟流场,校验自研发的偏折层析系统。根据光线偏折的光学原理,以及层析的数学、物理意义,研究开发了偏折层析程序。结合自研发的简单自相关代数迭代重建技术(simple self-correlative algebraic reconstruction technique：SSART),开发了一种新的层析系统,文章称“基于偏折光谱的非线性迭代层析系统”。用Gauss函数模拟复杂流场的一个切片,根据偏折层析算法计算该切片的偏折光谱,从偏折光谱中提取投影。采用SSART迭代重建算法重建截面。比较模拟重建结果与原场的差别,采用均方差 (mean-square error：MSE)和峰差(peak error：PE)指数标定重建效果,以检验算法的有效性。结果发现,应用开发的偏折层析程序,采用SSART迭代算法,能够精确重建模拟场,MSE稳定在0.000 09～0.000 11范围,PE稳定在0.007～0.013之间。因此,基于偏折光谱的非线性迭代层析系统能够根据偏折信息精确重建复杂流场。     

偏折层析的滤波反投影算法及误差分析

对偏折层析投影转换为相位层析投影的转换关系进行了分析,给出明晰的数学关系,并针对偏折层析的滤波反投影算法重建的结果进行误差分析。分析结果表明投影噪声对重建场的作用体现在与由偏折层析滤波反投影算法的滤波器有关的倾斜函数上。因此提出了改进的偏折层析滤波反投影算法,数值模拟表明,改进算法在有效抑制倾斜现象的同时,对重建结果不会造成明显的失真。在此基础上改进的算法被用于真实火箭燃气射流密度场的三维重建中。     

基于相位重建的叠栅层析技术

针对叠栅层析研究中采用基于相位重建方法处理叠栅条纹图像的问题,用标量衍射理论对叠栅偏折仪的叠栅条纹形成原理进行分析.通过小孔滤波分别提取光场的零级和一级频谱,分析结果与传统的通过几何叠加原理的结果一致,在形式上更加精确.结论表明,叠栅条纹是多波面剪切干涉的结果,且一级频谱滤波下的叠栅条纹图像满足严格的余弦强度分布.采用基于多重网格相位展开的傅里叶变换方法和叠栅层析滤波反投影算法对丙烷燃烧场进行了层析重建.     

使用叠栅层析技术测量超音速风洞中的非对称复杂密度场

使用叠栅层析技术解决超音速风洞中复杂密度场的测量难题。应用高灵敏度叠栅偏折仪和间隔角度旋转模型的方法获取超音速风洞中流场的多方向叠栅条纹图。层析计算中使用一种新的偏折角修正迭代的叠栅层析算法,该方法可以实现对有限角采样和包含遮挡物的非完全数据重建,迭代过程中结合内边界平滑滤波提高重建精度。实验中获取了马赫数为2.52的超音速风洞中9幅不同采样角的条纹图,经过50次迭代计算后重建出膨胀波区非对称密度场的截面分布,并对测量结果和误差进行了分析和讨论。使用计算流体力学技术对该密度场进行建模和计算,验证了叠栅层析重建结果的正确性,证实了该技术在测量复杂流场领域的重要价值。     

莫尔偏折法及其在燃气射流冲击场中的应用

用傅里叶光学方法从理论上分析了带有滤波器的相干性莫尔偏折法的测量原理,把这种方法用于真实火箭燃气射流冲击场的实验研究.获得了真实火箭燃气射流冲击流场莫尔偏折图.解决了长期以来无法拍摄到高温、高速、强振动冲击、强火焰光的火箭射流流场图像问题.     

基于相位展开的三维流场干涉层析术

提出用傅里叶变换进行干涉图相位展开（ＰｈａｓｅＵｎｗｒａｐｐｉｎｇ）的办法直接恢复变形波面，从而可以提取轴向任意截在上的投影数据，实现真正意义上的三维层析，模拟温度场实验证明基于相位展开的投影数据提取方法能够更好的完成层析计算。     

基于载频条纹相位分析的畸变测量和校正

为了对图像畸变进行测量和校正,利用纵向朗奇(Ronchi)载频条纹作为测量模板,通过成像系统获取畸变光栅条纹.运用傅里叶变换对畸变条纹图像进行频谱分析、滤波提取基频信息,直接从畸变图像的中心无畸变区域提取理想条纹像信息.通过相位分析提取包裹相位并解包,获得畸变光栅条纹的径向畸变相位分布规律.将该分布规律转化为径向位置畸变分布规律,并结合双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.实验结果证明该方法是有效的.     

叠栅偏折层析测量火焰温度和密度分布

提出将带滤波的叠栅偏折层析系统用于存在化学反应的多组分复杂气体流场的诊断.以丙烷的燃烧火焰为例,实验提取出叠栅条纹的偏移量并转换为偏折角,然后基于偏折层析的滤波反投影算法重建出场的折射率分布,给出了两种不同情况下给定截面的三维温度和密度分布.对比发现,对存在化学反应的多组分火焰流场不能基于假设研究对象是空气流场,而必须对火焰流场本身发生的化学反应及生成物进行考虑,混合流场的等效G-D常量和分子量必须根据不同场的具体组分情况进行修正.     

基于时频波谱对易原理分析莫尔条纹谱

数值解析信号波形时频域对易演变过程,研究任意信号波形与频率组分的内在联系, 并将该对易原理应用于莫尔条纹相位分析,提取相位信息。采用矩形窗模拟冲激波形和直流波形的变换过程,通过控制矩形窗函数窗宽,获得各种宽度矩形脉冲,窗宽趋于零情况下获得冲激波形,趋于∞获得直流波形。自开发快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)系统,对矩形脉冲实施离散傅里叶变换,方便快捷获得相应频谱数值解析波形,分析波形与频谱对易关系。结果发现,矩形窗函数频谱是Sa函数,窗宽变化导致Sa函数波形变化。窗宽减小时,Sa函数波形展宽,振动舒缓,趋于零极限时,变成直流波形。窗宽增大时,Sa函数波形紧缩,振动加剧,趋于∞的极限时,演变成δ冲激波形,信号波形时频域是对易的。根据时频域波形与频谱对易关系,在分析莫尔条纹时,将莫尔条纹的一级谱滤出并归一,由波谱对易原理,时域信号将体现Sa函数,使条纹对比分明,便于提取相位信息。     

Nonparaxial method for computing the gradient field of a wavefront using moiré deflectometry

A nonparaxial method in moiré deflectometry to obtain the gradient field of a wavefront under test is proposed. This method uses only two deflectograms without any information about the phase object. As a result, director cosines of the gradient field are computed from moiré fringe deviations on both deflectograms without ambiguities. The method is proved by using a synthetic wavefront simulation.     

莫尔测量法中相位物体位置对结果的影响研究北大核心CSCD

莫尔测量法被广泛用于各类流场的结构显示和关键参量测量中,关于相位物体在光路中的放置位置已有不同的报道,针对该问题进行了理论和实验研究。理论分析表明,当相位物体放置于2个光栅前时,偏移量和相位主要取决于2个光栅之间的距离,偏折角取决于相位物体引起的相位扰动与2个光栅之间的间距的比值;而当相位物体放置于2个光栅之间时,偏移量和相位主要取决于相位物体到后面一个光栅之间的距离,偏折角则取决于相位物体引起的相位扰动与其到后面一个光栅之间的距离的比值。为了验证理论结果的正确性和合理性,实验中选取燃烧蜡烛火焰作为对象,对比发现在两种情况下,只要相应的距离选取适当,则相位物体的位置并不影响实验中重建的相位和偏折角等结果。相关研究成果可为莫尔测量法更好地用于各类流场的检测提供一定的参考。     

Fourier Transform Moire Deflectometry for Measuring the 3-D Temperature Field

Fourier transform evaluation of fringe phase is applied to Moire deflectometry. 3-D gas temperature distribution for a given layer is reconstructed by optical tomography. The results show that the high-precise and automatic measurement for the 3-D gas temperature field can be realized by this technique.     

Fourier Transform Moire Deflectometry for Measuring the 3-D Temperature Field

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＴｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｒｅｐｒｏｔｓｏｎｔｈｅＭｏｉｒｅｄｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒｐｈａｓｅｏｂｊｅｃｔｓ[1,2].Ｔ?..     

频移阴影莫尔法

提出了一种新的莫尔条纹解调技术即频移法，它改变了莫尔条纹分布的频率，而相移莫尔法只是改变了莫尔条纹的相位。从阴影莫尔图分布的基本公式出发，借助于相移阴影莫尔法的思想推导并得出了频移阴影莫尔法的公式，在此基础上给出了特定条件下的产和公式。     

一种解调阴影叠栅条纹的新方法

本文提出了一种叠栅条纹解调技术,我们称它为频移叠栅法,它不同于相移叠栅法,前者改变了叠栅条纹分布的频率,后者只是改变了叠栅条纹的相位.本文从阴影叠栅图分布的基本公式出发,借助于相移阴影叠栅法的思想推导并得出了频移阴影叠栅法的公式,在此基础上给出了特定条件下的实用公式.同时也分析了其相位图,将其主值范围从0～π拓展到0～2π,解决了其去包裹中正负号确定问题.最后给出了实验结果,并分析和模拟了由于频移的不准确给测量结果带来的影响.     

获得高质量Moire条纹信号的一种新方法

在细栅距的幅光栅系统中，衍射效应是很明显的，其能量约占总能量的１０～４０％左右，这种衍射光是造成Ｍｏｉｒｅ光电信号对比度不好和正弦性差的根本原因。本文分析了衍射光栅副±１级Ｍｏｉｒｅ条纹的位相关系与光栅副间隙等因素的关系，提出了利用±１级Ｍｏｉｒｅ条纹来获得高质量Ｍｏｉｒｅ条纹信号，实际应用，效果良好。     

光偏折层析的Tikhonov正则化重建技术

从不适定问题的求解思想出发,建立了使用Tikhonov正则化方法计算流场参量分布的光偏折层析重建技术。理论上详细讨论了偏折信息的转化、投影方程组的正则化、以及由共轭梯度法实现求解等三个主要步骤。用数值模拟考察该方法对非对称温度分布的重建效果,分别计算了对应不同采样数的欠定与超定投影方程组。结果表明,10次迭代后重建分布的平均误差和峰值误差分别为2.1%和5.2%。使用正则化方法对采集的多方向叠栅偏折投影进行计算,重建出双峰温度场。结果表明,使用正则化方法的双峰值相对误差略高,迭代次数减少,可提高重建效率。     

使用莫尔条纹法测量气流密度

把莫尔条纹应用于对称的和非对称的流场，测出了从喷嘴喷出的不完全膨胀气流的密度分布。气流的内部密度分布通过使用数字表示的转化方法转变成了莫尔条纹图像数据，这些莫尔条纹图像数据表明了同种光在穿过气流时将会发生折射。这一现象可以通过改变气体喷口的压力比来完成并观察到。实验表明：不同形状的喷嘴喷出的气流密度分布各不相同，而且复杂程度也不同，但沿着喷嘴气流轴的气流密度变化大致相似。     

应用于增量式光电编码器的相关自适应滤波方法

为了改善增量式光电编码器的莫尔条纹光电信号质量,降低主计数信号中高次谐频的影响,提高信噪比达到输出稳定的正弦波形,本文深入地研究了莫尔条纹光电信号中的高频信号和噪音信号产生的原因及其相关自适应滤除方法.从宏观和微观两个方案分析光栅副的屏函数,研究莫尔条纹光电信号输出波形的不确定原因,并且提出采用相关自适应滤波方法将高频信号滤除保留原有基频信号.从相关自适应滤波的数学模型论证和推导该相关自适应滤波过程并讨论其自适应性.指出在设计该自适应滤波电路时需要重视的几个关键指标及其影响效果,完成相关自适应滤波的有效性分析.相关自适应滤波效果等价于一个中心频率为基频的窄带带通滤波器,当基频随机变化时其通带也会随之改变.通过相关自适应滤波技术较好地滤除计数信号中除基频外所有高频分量和放大电路所引入的加性高斯白噪音.实验证明：莫尔条纹光电信号的失真度被降低8倍相关自适应滤波方法能使莫尔条纹光电输出波形趋近于标准正弦波,获得更高的信噪比.