基于新型分光棱镜的剪切电子散斑干涉术
新型电子散斑干涉仪[实用新型专利]
![新型电子散斑干涉仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/75228a05524de518974b7de5.png)
专利名称：新型电子散斑干涉仪专利类型：实用新型专利
发明人：宋菲君,俞蕾,于国明,冀平申请号：CN92239009.6
申请日：19921102
公开号：CN2151436Y
公开日：
19931229
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：该新型电子散斑干涉仪，具有连续、大幅度地调 节照明光束孔径角及连续、大范围地补偿物光光程的 功能，能适应于位于不同距离、具有不同尺寸的被测 物体，光功率的利用率高，照明均匀，物光光程获得完 全的补偿，干涉图反差高，调节方便，结构紧凑，性能 稳定。
适用于物体位移场、变形场和振动场的测量以 及材料、构件的无损检测。
申请人：中国大恒公司
地址：100080 北京市中关村路29号
国籍：CN
代理机构：北京大学专利事务所
代理人：陈美章
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电子剪切散斑干涉技术
F o r p e s o n a u s e o n y s t u d y a n d r e s a r c h;n o t f r c o m me r c a u s e第3章剪切散斑干涉技术3.1 剪切散斑干涉技术的概念剪切散斑干涉技术（Shearography）因其快速准确的检测能力在航空航天领域得到广泛认可，它与红外热成像检测技术（Thermography）一样，都是一种高效率的无接触无损检测技术，可以用于进行大面积的检测，在检测同时可以提供被测构件的完整图像的即时成像功能。
与Thermography 不同的是Shearography是一种光学传感技术，它利用激光照射在构件身上产生的散斑，对构件的表面破损、变形进行全面检测，所以它也是一种散斑干涉测量技术。
Shearography源自1971年诺贝尔物理学奖得主Dennis Gabor发明的全息干涉技术（Holography），可以说Shearography属于Holography系列，是Holography的一个简化版本。
由于Holography需要在宁静、避震的环境下才能发挥出功效，香港大学机械工程学系教授洪友仁于1980年将Holography改良，于是发明了Shearography，之后便将其应用于检测汽车轮胎上，不久洛杉矶发生飞机爆胎意外，FAA开始强制要求所有航空公司必须用Shearography检测飞机轮胎，自此之后，因轮胎问题而引起的飞机意外很少有发生。
近年来美国LTI（Laser Technology Inc.）公司开始将Shearography用于飞机无损检测。
他们开发出基于Shearography的标准无损检测系统，可以用来检测部件的分层、脱胶、裂纹、空隙、冲击损伤、损坏的修补部位以及任何对结构完整性造成影响的缺陷。
它可以应用于许多不同材料的检测，包括碾压材料，复合材料，蜂窝结构以及泡沫材料等，尤其对蜂窝结构的检测得心应手。
激光散斑检测中剪切散斑干涉术和相移ESPI技术介绍讲解
孙小勇周克印王开福
（南京航空航天大学无损检测中心南京中国２１００１６）
摘要：本文介绍了剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术成像的原理，对剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术应用于无损检测领域中散斑图像的获取方法进行了说明，列举了两种方法所得的散斑图，并比较了剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术在无损检测领域的应用，可为激光散斑检测技术应用到无损检测工作提供有益的参考。
被测物
图ｌ电子散斑剪切干涉的光路系统
因此，电子剪切散斑干涉是同一个物体的两个剪切像的干涉。物面上的一点，经过剪切装置后，在像面上形成相邻两个点。假定是在ｘ方向剪切，由剪切镜产生的物面上的剪切量为６。．对于整个物体来说，在像平面上形成了两个相互剪切的像，它们的波前分别为：１３９
Ｆ＠，Ｙ）＝Ａｅｘｐ［ｑ）ｘ，ｙ）】（１）
ｔｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ
ＴｅｓｔＳｈｅａｒｏｐｈｙＰｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔｉｎｇＥＳＰＩ１４３
在激光散斑应用于无损检测领域过程中，出现了剪切散斑干涉和相移ＥＳＰＩ两种技术，本文将就两种技术进行介绍并比较其在应用过程中的差异。
１、剪切散斑干涉技术：
１．１剪切散斑干涉的原理
电子剪切散斑干涉技术能直接测定位移的微分，对于应变非常有利。其基本原理是一般散斑干涉测量和剪切机理的结合，其装置是在一般散斑干涉测量光路的透镜前加上错位元件一剪切镜，通过不同的剪切元件，形成剪切散斑。其光路如图１所示，由激光器发出的激光经扩束镜照射在具有漫反射的物体上时，漫反射的光线通过剪切镜将产生偏折，在像平面上产生两个错位的像。它们在像平面上互相干涉，形成散斑干涉图像。该图像通过透镜由ＣＣＤ经图像卡采集到计算机中，并对变形前后的两幅散斑图像做相减模式处理，在计算机显示屏上即可实时显示物体变形信息的散斑条纹图。
基于相移法的快速激光散斑干涉技术研究的开题报告
基于相移法的快速激光散斑干涉技术研究的开题报告一、研究背景与意义快速激光散斑干涉技术（Fringe projection profilometry, FPP）是目前三维数字化的主要手段之一。
该技术通过利用激光扫描物体表面，获取物体的三维形态信息。
其中，相移法是一种常用的 FPP 技术，在工业制造、医疗影像、文物保护等领域得到了广泛应用，并在产品检验、生产流程控制等方面发挥了重要的作用。
随着现代工业制造的不断发展和对高精度数字化的需求日益增加，相移法的精度和效率也提出了更高的要求。
因此，研究基于相移法的快速激光散斑干涉技术，具有重要的现实意义和应用前景。
二、研究内容本项目的研究内容包括以下几个方面：1. 基于相移法的激光干涉原理研究。
该部分主要深入研究相移法的原理，包括电子学相移法和光学相移法，并对其优缺点进行比较和分析。
2. 光学系统设计与质量控制。
设计一套适用于相移法的光学系统，主要包括光源、光学元件、投影物以及接收装置等。
并对设计的光学系统进行理论模拟、实验验证和质量控制分析。
3. 相移算法的优化研究。
相移算法是相移法的核心，其精度和效率直接影响到整个激光干涉测量系统的性能。
因此，需要对相移算法进行优化研究，以提高相移法的精度和效率。
4. 实验验证与应用研究。
在完成理论研究和优化后，需要进行实验验证，并将研究成果应用到实际生产的产品检验、工艺流程控制、工件测量等领域。
三、研究方法与技术路线本项目采用文献研究、理论模拟、实验验证等方法，按照以下技术路线展开：1. 深入研究基于相移法的激光干涉原理，包括电子学相移法和光学相移法，并对其优缺点进行比较和分析。
2. 设计一套适用于相移法的光学系统，进行理论模拟、实验验证和质量控制分析。
3. 对相移算法进行优化研究，以提高相移法的精度和效率。
4. 进行实验验证，并将研究成果应用到实际生产的产品检验、工艺流程控制、工件测量等领域。
四、预期成果本项目的预期成果包括：1. 提高常规相移法的精度与效率。
剪切散斑干涉条纹图像处理技术研究进展
Journal of Image and Signal Processing 图像与信号处理, 2023, 12(4), 360-368Published Online October 2023 in Hans. https:///journal/jisphttps:///10.12677/jisp.2023.124035剪切散斑干涉条纹图像处理技术研究进展林薇，王芷曼中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京收稿日期：2023年9月8日；录用日期：2023年9月29日；发布日期：2023年10月9日摘要剪切散斑干涉技术是一种高精度、非接触的光学全场测量方法，可对复合材料构件的分层、脱粘、皱折、裂纹、撞击损伤等缺陷进行无损检测，在航空航天复合材料无损检测领域得到了广泛应用。
本文从剪切散斑干涉的技术原理和系统结构展开，结合大视场剪切散斑干涉光路结构分析了相移技术的应用，论述了干涉相位条纹图滤波和相位解包裹技术等条纹图像处理过程中的关键算法，最后介绍了深度学习网络在剪切散斑干涉测量中的应用，并分析讨论其优势与不足，对未来研究方向进行了展望。
关键词剪切散斑干涉，条纹图，滤波，相位解包裹，图像处理Development of Image ProcessingTechnology for ShearographyPhase Fringe PatternsWei Lin, Zhiman WangThe 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing JiangsuReceived: Sep. 8th, 2023; accepted: Sep. 29th, 2023; published: Oct. 9th, 2023AbstractShearography is a high-precision, non-contact optical full-field measurement method that can per-form non-destructive testing of composite material components such as delamination, debonding, wrinkles, cracks, and impact damage. It has been widely used in the field of nondestructive testing of aerospace composite materials. Starting from the technical principle and system structure of shearography, this paper analyzes the application of phase shift technology based on the large field of view shearography optical path structure, discusses the key algorithms in the stripe image林薇，王芷曼processing process such as interference phase fringe map filtering and phase dewrapping tech-nology, and finally introduces the application of deep learning network in shearography, analyzes and discusses its advantages and disadvantages, and looks forward to the future research direc-tion.KeywordsShearography, Phase Fringe Patterns, Filtering, Phase Unwrapping, Image ProcessingThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言剪切散斑干涉技术是结合应用光学、计算机技术和数字图像处理等现代技术发展起来的无损检测技术，是一种高精度、非接触的光学全场测量方法[1]。
电子剪切散斑干涉ESSPI实验教案
剪切电子散斑干涉术实验教案一、实验目的1.认识散斑现象和散斑的电子记录；2.了解剪切电子散斑干涉的原理和用途；3.了解剪切电子散斑图象处理的过程二、实验设备剪切电子散斑干涉大多使用剪切棱镜。
常见的剪切棱镜是Wollaston棱镜。
该棱镜是由两个直角棱镜组成，当一束光垂直入射到棱镜表面上时，在后表面形成两束互相分开的，振动方向互相垂直的平面偏振光。
这两束光互为参考光和物光而干涉, 但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，使其振动方向相同。
光路布置如图1所示。
它的优点在于光路布置简单，两束相干光波强度基本相等，因而可达到等光强的要求。
L ：扩束镜 M ：反射镜 W ：Wollaston 棱镜 P ：偏振镜图3 剪切电子散斑干涉光路图三、剪切电子散斑干涉术基本原理剪切电子散斑干涉术(ESSPI)是继电子散斑干涉术后发展的一种测量位移导数的新技术。
它与电子散斑干涉术不同的是在光学结构上，后续的图象处理系统是相同的。
它除了电子散斑干涉术的许多优点外，还有光路简单，对振动隔绝的要求低等特点。
另外，它测量的是位移导数，在自动消除刚体位移的同时对于缺陷受载的应变集中十分灵敏，因此被广泛地应用于无损检测（NDT ）领域 。
除此之外，它与电子散斑干涉不同，其条纹与位移导数的对应关系可以在很大程度上调节变化。
3．1 剪切电子散斑干涉术的原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔块，光线通过此玻璃光楔块将产生偏折，在焦平面上产生与楔块的楔角相同方向的两个剪切的象。
这两个象是由激光形成的，它们将在焦平面上互相干涉而形成散斑干涉图象。
当两个变形前后的散斑干涉图象同时记录在一块干板上，经过处理后，将干板放在傅立叶滤波光路中，将出现一个表示物体位移偏导数的条纹图案。
图1是剪切散斑的光路图。
楔块的楔角为α，μ是折射率，在象平面上被测量物体的剪切量αμδ)1(1'-=D x 。
同样地，如折合到物体表面的剪切量为αμδδ)1(010'-==D D D x x (1)其中D 0和D 1分别为透镜到物体表面和到成象平面的距离。
电子散斑干涉的最新发展和应用
电子散斑干涉的最新发展和应用摘要电子散斑干涉是测量位移的全域非接触光学测量技术，基于表面生成激光散斑的光学物理。
自七十年代成立以来，电子散散干涉已经逐渐演变成不同的光学设计，并且已经被应用到一系列工程和非工程应用中。
电子散斑干涉的发展随着九十年代新的激光和光学技术引进到干涉仪中，继续进行，从而进一步优化和扩展该技术的开发潜力。
这次审查认为干涉仪的设计和应用是最值得注意的发展，它在九十年代已经出现并被广泛出版，还检查到科技研究的现在和近未来的发展方向。
关键词：散斑，干涉，电子散斑干涉，静态，动态，瞬态，全域1背景电子散斑干涉（又称全息电视，电子全息和电光全息）是一种非接触的全域雷达基础测量表面位移的光学计量技术，它采用了粗糙光学表面上激光散斑的形成。
几个不同的光学配置用于在条纹或干涉方面获取离散正常到表面（外平面）和平行于平面（内部平面）的位移分量。
作为一项实验技术电子散斑干涉的发展在全息干涉（1）有根源，来自物体表面的激光散斑在这里被视为测量系统的噪声源。
格罗（2）一般被认为是最早意识到激光散斑作为一个合理的基础在自己的权利计量技术方面的潜力，指引出散斑计量的广义领域。
这种广泛的措辞包括几种应用激光散斑并考虑到散斑物理学优势的不同思想，这种想法通常是分类或划分散斑照相和散斑相关技术。
电子散斑干涉散斑相干技术的发展可以归结为七十年代的Leendertz (3)，Macovski et al. (4)，巴斯特和Leendertz (5)同时证明了电视摄像机作为录音设备（生产“实时”结果(25Hz)）的使用。
七十年代这项工作在英国拉夫堡大学继续进行，集中与光学配置的优化，确保技术的发展对工程应用是合适的。
进一步的研究工作在七十年代被挪威科技研究所（特龙海姆）的一个小组完成，该小组由Løkberg带领，他也开发了电子散斑干涉的振动面分析。
条纹类型分析的介绍和增长的高能、便宜、快速的计算机在八十年代中期给作为有潜力的新型工程工具的电子散斑干涉加入了新的说明。
激光散斑检测中剪切散斑干涉术和相移ESPI技术介绍讲解
在激光散斑应用于无损检测领域过程中，出现了剪切散斑干涉和相移ＥＳＰＩ两种技术，本文将就两种技术进行介绍并比较其在应用过程中的差异。
１、剪切散斑干涉技术：
１．１剪切散斑干涉的原理
电子剪切散斑干涉技术能直接测定位移的微分，对于应变非常有利。其基本原理是一般散斑干涉测量和剪切机理的结合，其装置是在一般散斑干涉测量光路的透镜前加上错位元件一剪切镜，通过不同的剪切元件，形成剪切散斑。其光路如图１所示，由激光器发出的激光经扩束镜照射在具有漫反射的物体上时，漫反射的光线通过剪切镜将产生偏折，在像平面上产生两个错位的像。它们在像平面上互相干涉，形成散斑干涉图像。该图像通过透镜由ＣＣＤ经图像卡采集到计算机中，并对变形前后的两幅散斑图像做相减模式处理，在计算机显示屏上即可实时显示物体变形信息的散斑条纹图。
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图 ２ 剪切方棱镜 的平 面光路示意图
收稿 ｝期 ：０ ０— ５—２ ＝ ２１ ０ Ｉ ３
…东省 自然科学基金资助项 目（ ２ ０ Ｇ１ ） Ｙ ０ ８ ８ 通讯作者 ， ， 男 教授 ， 博士 ， ＩＬ导帅 ． 倾 ： ／
面
为斜 面 ， 方棱镜的大小尺寸可根据成像 的透镜的 口径决定． 如果方棱镜磨 去的角度 为
，
则 棱 镜 的 光 束 分 开 的角 度 （ 分束 角 ） ２ ． 据 成 像 的 距 离 、 件 的 大 小 和 散 斑 颗 是 根 试
第 一 反射 面
粒 的大小 ， ｄ的大小可选择在 １至 ２ 间． Ｏ之 该新 型方棱镜通 过对普 通光学 玻璃制 备 的方棱镜磨制 而成 ， 可实现剪切 电子散斑干涉 ， 结构简单 ， 能够很好 的控制分 束角 ， 获 得 的 ： 条纹质量好 ， ｛ 涉 容易实现 干涉．
能量 的使用效率． 迈克尔逊干涉光路图像剪切方法 是采用传统 的迈克尔逊 光路实 现 图像 剪切 ， 有剪 切角度 可调 ， 束光 具 两
可以分开 的优点． 是 由于光线在迈克尔逊光路 中传播时遇到多次的反射 、 但 透射 ， 因此 图像效果 比较差． 沃拉斯顿棱 镜一般采 用方解石 晶体或者石英 晶体制成 ， 利用光的双折射特性 ， 结合使用偏振片来 实现图像 的错位 成像 ， 具有干涉效果 好的优点 ． 但 这两种 晶体价格都 比较 高 ， 特别是石英晶体． 本文提供 了一种新 型剪切元 件 ： 位方棱 镜． 错 传统 的方棱镜 用于分光 ， 开的二 分 束光在二 个相互垂直方 向上 ． 我们对传统的方棱镜进行进一 步 的磨 制并镀膜 ， 开的两束 光在 同一 个方 向上． 分 它是 由两 个普
加 载 的 圆盛 实 验 ， 与 沃 拉 斯 顿 的 实 元 件 刚 于 电 子 剪 切 散斑 干 涉术 ． 行 表
中 图分 类号
剪切 电子散斑 干涉 术是 在电子散 斑干涉术 基础 上发 展起来 的测 量位移 导数的一种 新 的测 量方法 ０ ， ｊ具有 可全场测 量 、 光路简单 、 调节简单 、 隔震要求低等优点 ， 对 利用剪切 电子散斑 干涉 测量位移 导数 ， 不但能 够 自动消除 刚体位移 ， 而且 对于缺 陷受载 的应变集 中十分灵敏 ， 因此被广泛用于无损检测领域 ． 在剪切 电子散斑 干涉术 中有多种错 位成像 的方 法 ： 剪切 棱镜
基 于 新 型 分 光 棱 镜 的 剪 切 电子 散 斑 干 涉 术 术
孙 平 一 何 佃 花 吕安 延
（山 东 师 范 大 学物 理 与 电子 科 学 学 院 ，５ ０ ４ 济 南 ） ２０１ ，
摘要 关键词
笔者提出 ＿ 『 以错位方棱镜为剪切元件 的电子剪切散斑干涉术 ， 分析 了方棱镜 的剪切原理 ， 利用 典型的周边 固定 、 中心 物理光学 ； 剪切电 子散斑 ； 相移 ； 分光棱镜 ０４６ １ ． ３ 文 献标 识 码 Ａ ｄｉ １．９９ｊｓ ． ０ — ７８２１．４０７ ０ ： ０３６／． ｓ １ １ ４４．０００ ．１ ｉｎ ０
图 １ 剪 切 方 棱 镜
２ 基 于剪切 方棱 镜 的 电子 散斑 干涉 原理
２ １ 剪切 电子散斑干涉原理 ． 入射的光束经过方棱镜 产生两个错位 的像 ， 将方棱镜 置于 Ｃ Ｄ摄 像机镜头前 面 （ 图 ３ ， 面上 一点 ， Ｃ 见 ）物 经方 棱镜 剪切装 置后 ， 在像平面上形成相邻 的两个点． 当入 射光照射 在被测物体 的相邻 的两个 点时 ， 用错位方棱镜可 以使 Ｃ Ｄ摄像 机同时接 受两物 点的信息 ， Ｃ 两束 光互 为 物光 和参 考光 在 Ｃ Ｄ摄像 机靶 面 实现 同轴相 干 ， Ｃ ｝ ： 而且 光强几 乎相等 ， 而 从 得到很好 的干涉图像 ． 根据相移技术 的四步算法 ， 在像平 面 上变形前后 的合 成
２１ ００年 ｌ ２月
第２ ５卷
第 ４期
山 东 师 范 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自 Ｊｕｎｌ ｆ ｈｎ ｏｇＮ ｒ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ（ ａｕａ Ｓｉｎｅ ｏｒａ ｏ ａｄ ｎ ｏｍ ｌ ｎｖ ｓｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｃ ） Ｓ ｅｉ ｅ
Ｄｅ ． ｅ ２０ｌ ０ Ｖ０ ． ５ １ ２ Ｎｏ ４ ．
通 光 学 玻 璃 磨 制 的直 角 三 角 棱 镜 组 成 ， 构 简 单 ， 本 低 廉 ， 像 效 果好 ． 结 成 成
出射面
１ 方棱 镜 的剪切 原理
如图 Ｉ 图 ２ 和 所示 ， 错位方棱镜 由普通玻璃磨制 的两个直角三角棱镜组成 ， Ｆ 其 ｝ １
一
个 直 角 三角 棱 镜 的斜 面 上镀 有 半 透 半 反 膜 ， 两 个 直 角 三 角 棱 镜 的 斜 面 用 光 学 胶 这
粘合在一起形成方棱镜 ， 该方棱镜的一个反射面是磨去一个楔角 的斜面 ， 在 Ｉ至 ２ ０之间 ， 方棱镜 的入射 光所 在的 面和 出射 光所在 的面镀有 增透膜 ， 两个 反射 面均镀
有全反射膜． 上述 方 案 将 方 棱 镜 的 一 个 反 射 面 由 原 来 的 直 角 面磨 去 一 个楔 角 ａ后 变
法 、 孔 离 焦 剪 切 Ｈ 、 克 尔 逊 干 涉 光 路 图像 剪 切 方 法 以 及 最 常 用 的 沃 拉 斯 顿 棱 镜 剪 切 方 法 Ｊ剪 切 棱 镜 法 采 用 的光 学 棱 双 迈 Ｊ ．
镜是最 早用来 实现 图像剪切 的光 学元 件． 放置在透镜前的光学棱镜很难将入射 的物光 光强平均 分开成错位 的两束光 ， 干涉效 果难 以保 障． 双孔离焦剪切 是在成像 透镜 的前 或后 表面附近开两 个对称 的小孔 ， 通过离 焦成像 实现剪 切 ， 大降低 了物光 大