激光散斑衬比分析方法基于时间积分动态散斑强度波动的一阶统计特性分析实
激光散斑和激光多普勒测量
量和的幅度和相位，na表示第n个基元，而na和nφ为na的幅度和相位。在散斑研中，假设基元na之间互不相关，相位nφ在(−π,π)之间是均匀分布。分别计算复矢量
和A的实部Re{A}和虚部Im{A}的一阶统计,实部和虚部的均值都为0，实部和虚部互
粒子的速度有关。这时积分时间作为另一个自由度，与散射粒子的速度一起表现为“时
间积分散斑（Time-integrated Speckle）”调制深度的函数。时间积分散斑的一阶时间统
计特性，如标准偏差与平均光强的比值，与探测器积分时间和散射颗粒的速度相关，
可用于测量散射粒子的速度
[29]
。
时间微分散斑的统计特性同样包含了散射粒子的速度信息。Ruth证明了散射粒子
率之间产生的拍频和混频（多普勒频移）。图1.4展示了运动散射粒子引起的随机光强
波动的测量方法。
.2激光散斑测量与统计特性
5
固体或流体的散射粒子运动时，会产生多普勒频移。对同向运动的散射体，其所
有的或大部分的散射光具有相同的频移，这时需要加入参考光源来产生频率差。不移
动的参考光源与运动散射粒子频移的频率差与散射粒子的运动速度相关，这就是典型
不相关，方差相同，都为
当基元复矢量的数目N非常大时，实际上也是如此，由中心极限定理可知，N→∞,A
的实部和虚部都趋于高斯分布，因此，A的概率密度函数趋近于瑞利分布
对于光的强度测量，
代入式(1.5)，因此对于A≥0,光强I的概率
密度函数为指数概率分布,如图1.6所示。
通过对（1.6）式直接积分可得到 为平均光强，此
随机复矢量振幅的统计特性，然后计算出散斑图像强度的一阶统计特性。
激光散斑干涉实验
激光散斑干涉实验激光散斑干涉实验摘要:激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法，这种方法具有很强的实用价值。
散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量，也可以进行面内微位移测量。
主要是对面内微位移进行了测量研究，利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD记录下来，分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理，并得出了相应的结论。
关键词:激光散斑;位移测量;数字图像处理一、引言激光自散射体的粗糙表面漫反射或通过透明散射体（毛玻璃等）时，在散射表面或附近的光场中会形成无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。
激光散斑在全息图上是一种有害的背景噪声，但由于散斑携带了光束和光束所通过物体的光学信息，于是产生了广泛的应用。
例如，用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度；利用散斑的动态情况测量物体运动的速度；用散斑进行光学信息处理，甚至利用散斑验光等等。
但应用领域最广的是散斑干涉测量技术。
散斑干涉技术在机械工程方面可以用于测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布，在天文学方面可以测量大气的扰动和温度场分布，在医学、力学和光处理等领域也有广泛的影响。
二、实验2.1实验测试系统散斑干涉测量离面位移光路图如下图所示2.2实验原理（1）激光散斑当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。
由于激光的高度相干性，表面散射光在空间中随机相干叠加后会形成一些亮暗分明的区域，且呈现无规则分布，按照在散射面有无透镜，可以将散斑场划分为主观散斑和客观散斑，由于透镜的使用，主观散斑又被称为成像散斑。
（2）利用散斑干涉术测量面内位移散斑干涉计量就是将物体表面空间的散斑记录下来，当物体运动或由于受力而产生变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定规律运动。
因此能利用记录的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。
当测量物体在面内发生位移时，通常在被测物体位移前，将散斑记录下来，然后使物体垂直于光轴发生一微小面内位移d，再次记录。
激光散斑实验报告
激光散斑实验报告激光散斑实验报告引言：激光散斑实验是一种常见的物理实验，通过激光光束通过光学系统后在屏幕上出现的散斑图案，可以帮助我们了解光的干涉和衍射现象。
本实验旨在通过观察和分析散斑图案，探索光的波动性质以及光学现象。
一、实验目的本实验的目的是通过观察激光散斑图案，了解光的干涉和衍射现象，以及利用散斑图案进行光学测量。
二、实验材料和仪器1. 激光器：用于产生高强度、单色、相干的激光光束。
2. 光学系统：包括凸透镜、平行光管、狭缝等，用于调节和控制激光光束的传播。
3. 屏幕：用于观察和记录散斑图案。
三、实验原理1. 光的干涉现象：当两束相干光叠加时，会产生干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种形式。
激光散斑实验中的干涉现象主要是构造干涉，即光波的相位差导致光强的增强或减弱。
2. 光的衍射现象：当光通过狭缝或物体边缘时，会产生衍射现象。
衍射导致光波的传播方向改变，形成散斑图案。
四、实验步骤1. 将激光器放置在适当位置，调整光路，使激光光束通过光学系统。
2. 调节凸透镜和平行光管，使激光光束呈平行光束。
3. 在光路上设置狭缝，控制光的传播范围。
4. 将屏幕放置在适当位置，观察和记录散斑图案。
五、实验结果与分析通过实验观察和记录，可以得到不同形状和大小的散斑图案。
散斑图案的特点是中央亮斑周围环绕着一系列暗斑和亮斑。
这种图案的形成是由于激光光束经过光学系统后，光波的相位差和衍射现象导致的。
散斑图案的大小和形状与光学系统的参数有关。
如果调节凸透镜的焦距或改变狭缝的大小，可以观察到散斑图案的变化。
通过对散斑图案的分析，可以计算出光的波长、光学系统的参数等。
六、实验应用1. 光学测量：利用散斑图案进行光学测量是激光散斑实验的重要应用之一。
通过测量散斑的尺寸和形状，可以计算出被测物体的尺寸、形状等信息。
2. 光学显微镜：激光散斑实验的原理也可以应用于光学显微镜中。
通过在显微镜中加入特定的光学系统，可以观察到更加清晰的显微图像。
激光散斑PPT课件
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3
激光散斑的特性
经透镜成像形成的散斑为主观散斑 在自由空间传播形成的散斑是客观散斑
散斑的大小、位移及运动是有规律的，它可以反映激光照明 区域内物体及传播介质的物理性质和动态变化。
随机过程，统计方法研究散斑的强度分布、对比度和大小分 布等
.
4
激光散斑应用
激光散斑测量技术具有光路简单、成本低以
.
)2
(
w 012
)2
12
f
f
电荷耦合器—CCD
CCD是Charge-coupled devices的缩写
CCD的空间分辨率与每个象元的 mA/W 尺寸和间距以及传输过程有关，本
实验中大约为14微米。
暗电流（主要由热产生）
很高的光电灵敏度，（CCD器件
必须避免强光照射。同学们在每次
采样完毕后应及时合上光窗或挡住
实验中采集的散斑图
毛玻璃横向移动
.
19
自相关函数 ---单个散斑图的统计特性
振幅矢量：
Uk
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
U Uk
光场的复振幅：
N
N
U(x, y,z) Uk
k1
k1
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
光强值：
.
20
I(x,y)U (x,y)U *(x,y)
测量心脏的心动图。利用主观散斑的运动规律对人眼进行主观
验光
5. 天文学测量中的应用：利用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动
的影响获得高分辨率的图像
.
脑科学研究中激光散斑成像技术的运用-医学技术论文-基础医学论文-医学论文
脑科学研究中激光散斑成像技术的运用-医学技术论文-基础医学论文-医学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：激光散斑衬比成像（Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI）是一种非扫描式实时血流动力学成像技术，具有高分辨率、快速实时成像、非接触、仪器结构较简单等优势。
尽管由于深度分辨率的限制，LSCI主要用于浅表组织测量，但其在神经疾病、皮肤病等领域的基础研究及临床应用中展现出良好的应用潜力。
本文简要地介绍了激光散斑衬比成像技术的基本原理与技术进展，综述了其在脑卒中、吸毒成瘾、阿尔兹海默症等脑疾病以及其他脑科学应用中的研究进展，并展望了其发展前景。
关键词：激光散斑衬比成像; 血流动力学; 脑科学研究;Abstract：Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a powerful and simple non-scanning real-time hemodynamic imaging method, with the advantages of high spatial and temporal resolution, wide imaging field, high-speed imaging, low damage, relatively simple instrumentstructure. After decades of development, it already has had the ability to quantify flow changes with higher resolution. Although LSCI is limited to superficial tissue imaging due to the limitation of depth resolution, it has been playing an important role in the studies and clinical applications of biomedical fields such as dermatology and neurological disease research. This paper briefly introduces the basic principle, typical device and technical progress of LSCI, and reviews the recent progress in brain diseases such as stroke, drug addiction, Alzheimers disease and other applications of brain science. Finally, we discuss the prospects for development of LSCI in the study of brain science.Keyword：laser speckle contrast imaging; hemodynamic imaging; study of brain science;引言大脑的正常生理功能依赖于神经活动与血流动力学之间的紧密配合，这种机制称为神经血管耦合（neurovascular coupling, NVC）。
激光散斑技术在物理实验中的应用与分析方法
激光散斑技术在物理实验中的应用与分析方法引言激光散斑技术是一种常用于物理实验中的非常重要的技术。
它利用光的波动性和散射现象，能够提供有关物体特性和光学元件的信息。
本文将介绍激光散斑技术在物理实验中的应用以及相应的分析方法。
1. 激光散斑技术的基本原理激光散斑技术基于激光器发出的高度相干光束。
当这束激光照射到不规则表面或透明介质上时，由于反射、折射和散射的作用，光束会发生衍射，形成一个散斑图样。
这个散斑图样包含了被照射物体或介质的信息。
通过对散斑图样的分析，我们可以得到物体或介质的一些特性参数，如粗糙度、厚度、折射率等。
2. 激光散斑技术在物体表面粗糙度测量中的应用物体表面的粗糙度是一个重要的物理特性，它影响着光学元件的性能。
通过激光散斑技术，我们可以测量物体表面的粗糙度。
具体的方法是将激光照射到被测物体上，然后测量散斑图样的强度分布，并根据散斑图样的特征参数计算出物体的粗糙度。
3. 激光散斑技术在透明介质折射率测量中的应用透明介质的折射率是另一个重要的物理特性。
通过激光散斑技术，我们可以测量透明介质的折射率。
实验中，将激光照入介质中，利用散射的现象，在空气-介质界面上形成一个散斑图样。
通过测量散斑图样的位置偏移量，可以得到介质的折射率。
这种方法非常适用于透明介质的折射率测量，如玻璃、水等。
4. 激光散斑技术分析方法的研究进展在激光散斑技术的应用中，对于散斑图样的分析方法的研究也十分重要。
目前，有许多计算和数学模型可以用来分析散斑图样。
例如，加布-凯曼（Gabor-Kármán）理论可以用来计算散斑的强度分布；菲涅尔（Fresnel）近似可以用来模拟散斑图样的特征参数。
此外，一些自适应的信号处理方法，如小波变换和模糊逻辑系统，也可以应用到散斑图样的分析中，提高测量精度。
5. 结论激光散斑技术在物理实验中具有广泛的应用。
通过激光照射物体或介质，我们可以获取它们的重要物理特性参数，如粗糙度和折射率。
激光散斑时间衬比成像方法研究.
华中科技大学硕士学位论文激光散斑时间衬比成像方法研究姓名：张智涛申请学位级别：硕士专业：生物医学工程指导教师：曾绍群20070130华中科技大学硕士学位论文摘要∗监测微循环血流的动态变化对于研究生物组织的功能活动与疾病的机理非常重要，但目前常用的监测方法存在空间分辨率不够高、需加入扫描装置等缺陷。
激光散斑衬比成像技术能够在无需扫描的条件下实现对区域性血流变化的动态监测，而且具有很高的时间、空间分辨率，在生命研究领域逐渐成为研究的热点。
本文根据激光散斑成像技术的特点，介绍了激光散斑空间衬比成像技术、时间衬比成像技术的原理与应用，对基于散斑时间统计特性的时间衬比方法进行了详细的分析。
主要内容如下：(1) 通过理论分析、模型实验以及动物实验比较了时间衬比与空间衬比分析方法对静态散斑的抑制效果。
结果表明，时间衬比方法在对静态散斑抑制效果上要优于空间衬比。
(2) 在搭建主动降噪散斑成像系统的基础上，利用时间衬比分析，对主动降噪和非主动降噪成像系统进行了比较。
并通过模型实验证实：主动降噪散斑成像系统中，衬比噪声随着样本帧数N，以1/的比例下降；当样品达到一定动态特性时，非主动降噪系统亦可采集到统计独立的散斑图像，达到和主动降噪系统类似的降噪效果。
当独立散斑样本帧数N>100时，二者衬比噪声水平均可下降到10%以下。
(3) 对基于散斑时间统计特性的类共聚焦系统进行了分析研究，完成系统性能的评估，通过模型实验和动物实验证实，在统计独立的动态散斑场照明条件下，散斑类共聚焦系统具有良好的层析能力,轴向分辨率为8 µm。
关键词：激光散斑成像时间衬比空间衬比主动降噪类共聚焦*本研究由国家海外杰出青年科学基金（批准号：30328014）资助.华中科技大学硕士学位论文AbstractMonitoring cerebral blood flow is important to understand the mechanisms of neurovascular coupling and regulation in normal and diseased brain. However, conventional methods used to measure blood flow suffer from the low spatial resolution and temporal resolution. Laser speckle imaging technique is a non-scanning imaging technique which can improve the measurements of the regional blood flow with high spatial and temporal resolution. Thus this method is becoming more and more popular.Based on the characteristics of laser speckle imaging, the mechanism as well as application of laser speckle spatial contrast analysis and laser speckle temporal contrast analysis is introduced. Then systematic analysis is carried out on the laser speckle temporal contrast analysis which based on time statistic of time-integrated speckle. The main contents and conclusions are listed as follows:(1) The effect of laser speckle spatial contrast analysis and laser speckle temporal contrast analysis to reduce static speckle is compared through theoretical analysis, model experiment and animal experiment. The result shows that, the laser speckle temporal contrast analysis has more advantages in restraining static speckle than laser speckle spatial contrast analysis.(2) Based on the self-built active noise reduction laser speckle system, we compared the active noise reduction and passive noise reduction system using laser speckle temporal contrast analysis. Facts are verified by model experiments that: active noise reduction system has favorable noise-reduction ability and the noise of contrast scales with theframe N of independent speckle as. When the sample has certain dynamic characteristics, independent speckle images can also be acquired by passive noise reduction system, and get similar noise-reduction ability as active noise reduction system. The noise level can be downed to 10% when the independent speckle images N>100.华中科技大学硕士学位论文(3) By analyzing the principle of speckle quasi-confocal system based on time statistic of time-integrated speckle, the performance of system is evaluated. The result of model experiment and the animal experiment shows that the system has favorable resolution under the illumination of statistically independent. The axel resolution is about 8 µm.Key words: Laser speckle imaging Spatial contrast Temporal contrastActive noise reduction Quasi-confocal独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
激光散斑测量实验报告
激光散斑测量实验报告实验报告一、引言二、实验仪器和原理实验仪器：激光、透镜、狭缝、幕布、尺子、直尺实验原理：1.激光散斑现象：当激光通过光学元件后，由于光的波动性，光束经过屏幕成为一幅杂乱无章的亮暗交替、相互交错的斑图，这种图案被称为散斑。
散斑的出现是由于光的相位随机分布所导致的，故散斑图案是一种统计性质的成像效应。
2.透镜焦距的测量：当激光通过透镜时，如果透镜的焦距为f，则在焦距前后的位置，散斑图案会有明显的变化。
通过观察焦距前后散斑的大小和形状，可以确定透镜的焦距。
3.狭缝宽度的测量：当激光通过狭缝时，经狭缝后的散斑会变得更加明显。
通过观察狭缝前后散斑的大小和形状，可以确定狭缝的宽度。
三、实验步骤1.将激光照射到透镜上，观察透镜前后的散斑图案。
2.移动屏幕，找到焦距前后的位置，观察散斑图案的变化。
3.测量透镜到焦距前后的距离，计算出焦距。
4.将狭缝放在激光路径上，观察狭缝前后的散斑图案。
5.测量狭缝前后散斑的距离，计算出狭缝的宽度。
四、实验结果及数据处理1.透镜焦距的测量：透镜到焦距前后的距离为d1和d2，焦距为f，根据几何关系可得：1/f=1/d1+1/d2根据测量数据计算得到透镜焦距为f = xx mm。
2.狭缝宽度的测量：狭缝前后散斑的距离为l，透镜到屏幕的距离为D，根据几何关系可得：d=f*l/D根据测量数据计算得到狭缝宽度为d = xx mm。
五、实验讨论1.实验中使用的激光是否满足单色条件？可以通过观察散斑图案的颜色变化进行判断。
2.实验中是否考虑了折射和衍射对散斑图案的影响？3.实验中使用的透镜和狭缝是否满足理想条件？是否考虑了它们的光学畸变？5.实验中的结果是否与理论值相符？如果不符合，可能的原因是什么？六、结论通过激光散斑测量实验，测量得到了透镜的焦距和狭缝的宽度。
实验结果表明，激光散斑测量是一种简便有效的方法，可以用来测量光学元件的性能参数。
同时，实验中也发现了一些实验中需要注意的问题，并提出了一些改进的建议。
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激光散斑衬比分析方法基于时间积分动态散斑强度波动的一阶统计特性分析实
现流速测量,迄今已发展了基于空间统计!时间统计以及空间与时间统计相结合的
多种衬比分析方法,基于(a)空间统计,
(a)
基于(a)空间统计,
R X C的矩阵表示原始散斑图像"深灰色元素表示参与单个衬比值计算的像素"黑色
元素表示计算所得单个衬比值"浅灰色矩阵表示经衬比计算后得到的衬比图像"
空间域上的散斑衬比分析方法最早由Briers等人提出,最初被称为”激光散斑
衬比分析方法"这种方法测量流速分布
的理论依据是散射粒子运动引起的时间积分散斑的强度在时间轴上的波动与在空间
轴上的波动是等价的,通过求解散斑图像上局部空间窗口内的衬比值并代入公式
计算的值,从而获得相对流速值"LASCA方法获得空间散斑衬比图像的示意
图如图4.1(a)所示"在大小为RXC的原始散斑图像上,选取大小为Ns X Ns的空
间窗,计算该空间窗内所有像素强度值的标准偏差和均值,得到单个空间窗内散斑
图像的衬比值"将该空间窗以像素为单位沿原始散斑图像水平和垂直方向滑动,遍
历整个图像,计算各位置处空间窗内散斑图像的衬比值,最终得到原始散斑图像对
应的散斑衬比图像"LASCA方法对单帧原始散斑图像操作即可获得散斑衬比图像和
相对流速图像,具有时间分辨率高的优点,但由于使用空间窗的方式计算衬比,这
种方法在一定程度上损失了图像的空间分辨率"为了兼顾图像空间分辨率与测量准
确性,一般选取5x5或7x7的空间窗进行空间衬比计算"
因此很难得
到兀与散射粒子运动速度v的准确关系
式,一般认为:
其中为光强波动的自相关时间,它反映了散射粒子运动速度大小,散射粒子运动速
度越大,越小,反之则越大
激光散斑衬比成像系统获取原始散斑图像后,首先计算散斑衬比,获取二维散斑
衬比图像"常用的激光散斑衬比分析方法包括空间衬比分析方法和时间衬比分析方
法"空间衬比分析方法使用一定大小的空间窗(一般为5x5或7X7个像素),计算
单个空间窗内散斑图像的衬比值"将该空间窗以单个像素为单位,沿着原始散斑图像
水平和垂直滑动,遍历整个图像,计算各位置处空间窗内散斑图像的衬比值,最终得
到原始散斑图像对应的散斑衬比图像。
时间衬比分析方法对散斑图像上单个像素强
度在一定大小的时间窗内(一般为25帧或49帧图像)的波动进行衬比计算,对散斑
图像上所有像素点做时间衬比计算后得到时间衬比图像。
获得散斑衬比图像后将散斑衬比图像转换为图像与平均速度之间近似成正比关系,因此
流速的相对变化可以由图像的相对变化近似表示。
以空间衬比分析方法和时间衬
比分析方法为基础,还衍生了其他几种将空间统计与时间统计相结合的衬比分析方法
，但无论是使用上述何种衬比分析方法,其本质都是基于对像素强度值的分
析。