现代光学测试技术

实验报告

         姓    名：  ***          

学    号：  ***         

专    业：  ***         

班    级：  ***                

课程名称：  现代光学测试技术   

指导教师：  ***                 

完成日期：  ***                 

现代光学测试技术实验报告

一、实验目的

1、了解散斑的性质及特点

2、了解散斑干涉、剪切散斑干涉、DIC、和条纹投影技术的具体应用

3、通过分析优劣更好地学习现代光学测试技术的相关内容

二、实验原理

● 散斑

1、散斑的定义

当一束激光照射到物体的粗糙表面(例如铝板)时，在铝板前面的空间将布满无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。（如图1所示）

2、要形成散斑且质量较好必须具备的条件：

（1）有能发生散射光的粗糙表面              

（2）入射光线的相干度要足够高，如：激光

（3）如使用激光粗糙表面深度须大于入射光波长

3、散斑的分类

由粗糙表面的散射光干涉而直接形成的，称为直接散斑。(如图2所示)

经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，即主观散斑。（如图3所示）

图2  客观散斑原理图

图3  主观散斑原理图

4、散斑的应用

散斑携带了散射面的丰富信息，可以通过散斑的性质来推测物体表面的性质，是实验应力分析方法的一种，用于测取物体的位移、应变 。由于这种办法的无损、快速等诸多优点，它被广泛应用于工业控制的缺陷检测、医学的光活检等领域，且受到越来越多的关注。

● 三角法测量原理

图4  激光三角法测量原理图

如图所示，   

则，其中

物体变形前和变形后的光强分布为：

可以通过实验标定得到，由此，则可知物体的变形或位移

● DIC技术

图5  物体变形图像追踪

因为散斑分布是随机的，所以每一点和它周围的散斑是不一样的，我们在相关运算过程中，可以将变形前和变形后的散斑图像分割成很多网格，每一个网格就是一个相应的子集：这样，我们就可以以这个子集为载体，分析物体的相应的位移信息，将所有的子集进行计算，就可以得到相应的位移场：

在数字图像相关算法中，我们将变形前后的两幅散斑图分别设为F（x，y）和G（x，y），劝、数字图像相关基本思想是在F（x，y）中找到一个子区，通过子集中的灰度信息，按照一定的搜索方法在变形后的图像G（x，y）进行相关计算，找到与样本子集相对应的区域，通过分析子集中的位置和形状变化，可以得到物体在该点的位移和应变信息。

图6  物体变形示意图

三、实验内容

1、散斑干涉技术

，其中

本实验中，激光在XOZ平面内

     （1-1）

图7  实物坐标系

§1-1  若要求面内位移u

  单束激光照射时，则令：，（不能实现）

要用两束激光照射，另一束为：

    （1-2）

  联立公式（1-1）（1-2）得：

同理：

§1-2  若要求面外位移w

则令：，

 

小结：传统的方法只能测周期性变化的震动，而散斑干涉技术可以测位移，在一定距离下灵敏度高，但是如果距离太小，条纹密度过大，其抗干扰能力比较差。

2、剪切散斑干涉技术

   相对于散斑干涉技术，它有以下优点：

§2-1  光路比散斑干涉简单，抗干扰能力强

§2-2  抑制共模干扰，对刚体位移不敏感，对应变敏感

 ，

同理可得：

小结：剪切散斑技术中所求得到的是空间导数，事实证明，它是对复合材料进行无损检测一种行之有效的方法，因为材料内部变形可以通过外部变化表现出来。

3、DIC技术

DIC技术，即数字图像相关技术

在本实验中，进行了拉伸实验演示，并在软件部分，对采集的图像进行取窗格等一系列处理，通过求卷积、相关系数等运算确定窗格之间的相关度，匹配出最大的一组。

 

图8  变形前后示意图

在这里给出教材中的一种算法，定性说明：

      表1                            表2 

                                    

则 

说明物体变形前后两窗格相关度为1， 物体变形后即为它本身。         

小结：相机空间和物理空间怎么建立联系？

这是坐标系统一的问题，在实验开始前用相机标定板（棋盘格）进行标定，也可以称之为一种算法矫正。

4、条纹投影法

§4-1 理论基础

三角成像公式

求

，

其中，来源于物体自身表面粗糙度，来源于物体的形变

  右=0， ； 

  左=0，，较复杂

缺陷：测量不精确

里面含有表面粗糙度信息，不准确

相位分辨率为2，介于同心圆之间的某点相位值，可以通过插值方法估算，但不能准确得到。

§4-2  引进相移技术：

      ，

局限性：

1、不能实现动态测量物体

2、法线方向有误差

3、不知道物体本身绝对相位，只能取某参考点相位为0，然后计算其他点的相      对相位

 

第二篇：偶氮 现代光学实验报告 数据

1，         频率直方图

2，高斯分布与直方图