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第卷第】期实验力学..
年月.
数字剪切散斑相关条纹图的形成及其分析
何玉明
、一
华中理工大学,武汉, .
摘要本文提出用线性相关计算形威高可见度的数字剪切散斑相关条纹
图的方法· 为相关条纹图的自动分析奠定良好的基础。文中还推导附加位相
与物光反射钝转角的关亲,使精哺地计算附加位相成为可能。同时还介绍任意
附加位相的三步相移技术。最后路出用线性相关计算法形成的相关条纹圈及计
算出的位相圈。
关键词数字剪切散斑, 相关计算,相移,。毙·“
/ ,
引富
剪切散斑干涉计量术相对于其它干涉计量术而言,具有光路简单、防震性要求低等
特点。而数字剪切散斑干涉计量由于其相关条纹图由计算机计算形成并在图象监视器上
显示·因此除上述特点外还具有不需要用全息干板拍照、显影及光学再现分析等过程。目
前数字剪切散斑干涉计量术需要解决的问题主要有两个:一是要求要形成有较高可见度
的相关条纹图,为后续处理打下良好基础。本文采用的相关计算法可形成较高可见度的
相关条纹图;二是相关条纹图的自动分析,由于数字剪切散斑相关条纹图的质量较全息、
光弹条纹图要差很多· 用通用的图象处理方法分析较为困难,本文采用了文献提出
的改变物光的绝对光程引入附加位相的相移技术进行分析,同时详细探讨了文献尚
未涉及的一些问胚,
相移技术及相位扩展技术等,使数字剪切散斑的相移分析技术更趋于完善。
理论分析
. 相关计算方法形成相关条纹圉
,变形后的剪切混合散斑场的光强值等于
变形前的光强值;而在位相变化一处,变形前后的剪切混合散斑场的光强值差
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实验力学年第卷
于这一简单原理,对数字剪切散斑图像中的任意一个小区域,即在×个像素内,计
算变形前后剪切混合散斑场的线性相关系数。
由线性相关系数定义
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上式中的,和,。分别表示变形前和变形后的两个混合散斑场的光强值, · ⋯算
符代表在×像素范围对某一变量求均值
物体在变形前后的混合光强可写为
,—、币;
,一、
上式中的和代表两个剪切点的光强值,却是剪切点之间因物体变形产生的相
对相位变化, 代表散斑场的高频相位变化。
由散斑统计理论,有下式成立
.. 。
.×.一..一
又因、及为相互独立,则它们的乘积之均值等于它们各自均值的乘积。不失一
般性可设
..一.×.一..
把上述假设作用于式,则相关系数可表示成:
/
为使相关计算法与减模式法进行比较,采用下式形成数字剪切散斑相关条纹图
,一一一一/—.
若考虑电噪声等因素的影响,并假设噪声为乘性噪声,则实际的光强形式应是
, 一却、,
一一Ⅳ,/—Ⅳ,/·
—￡, ￡, ·
从上面的讨论来看,相关计算法形成的相关条纹图除受电噪声的影响外, 并无照明
散斑场光强调制的影响,这是相关计算法与减模式法的主要区别之一。
. 剪切附加位相与物光反射镜转角的关系
如何产