激光散斑干涉
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。
激光投影散斑的原理消除方法
激光投影散斑的原理消除方法
散斑的原理主要涉及两个方面：干涉和散射。
干涉是指光线在不同空间位置相遇并发生干涉现象。
当激光光束照射
到表面时，光线会与表面的不均匀性相互干涉，产生明暗相间的干涉条纹。
这些干涉条纹表现为亮暗相间的斑点，即散斑。
散射是指入射光线在表面上发生多次反射、折射和散射后形成的新纯
散射光线。
当光线照射到粗糙的表面时，表面的微小不均匀性会使光线发
生散射，产生各向异性的光斑分布。
这些散射光线与光束的主要传播方向
垂直，导致光斑扩散。
消除激光投影散斑的方法主要包括以下几种：
1.采用均匀光源：利用面积光源或光纤光源作为激光投影的光源，可
以有效减小激光光束的空间相干性，降低散斑产生的程度。
2.使用光学元件：在激光投影光路中添加一些光学元件（如衍射光栅、透镜、滤波器等），可以调制光线的传播方向和相位，减小散射和干涉对
散斑的影响。
3.表面处理：改变被照射物体的表面形状和光学特性，例如镀膜、研磨、抛光等，可以减少散射和干涉效应，降低散斑的产生。
4.图像处理：通过图像处理的方法，如滤波、聚焦等，可以减小散斑
对投影图像的影响，提高图像的清晰度和质量。
5.高斯光束：将光源转换成高斯光束，可以减小激光光束的相干性，
使散斑的能量分布更加均匀，降低干涉和散射的影响。
总之，对于激光投影散斑问题，需要综合应用光学技术、图像处理技术和表面处理技术等手段，综合考虑物体表面特性、光源特性和光学系统特性，从不同方面进行改进和优化，以达到最佳的散斑抑制效果。
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。
激光散斑干涉
激光散斑干涉电子散斑一、实验内容：1．了解电子散斑干涉原理；2．掌握干涉光路及图像处理软件；3．学会使用本系统来测量三维离面位移。
二、实验仪器：成像透镜被测物体的平面镜氦氖激光器CCD摄像机分光镜扩束器图一xgs-1电子散斑干涉(espi)实验系统三、实验原理：电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图二为测量离面位移（即前后沿z轴方向的位移w）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线n，则离面位移为w=λn/2式中λ为测试光的波长，n为条纹的级数。
图二光路图四、实验步骤：1.放置平台并将其调平。
2、各个实验仪器的位置参看图一，先把各个仪器的中心高度调至共轴。
3.使激光器发出的光束平行于工作平台的工作表面。
分别放置扩束器和准直器，调整准直器，使经过扩束器的激光变成平行光。
平行光束应穿过光路（分束器、被测物体、反射器等）中部件的中心，并与平台平行。
在扩束器前面放置一个偏振器，以调整亮度，防止损坏CCD相机。
4、放入被测物品和ccd摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到ccd摄像机接收表面上。
5.然后放入平面镜，使平面镜和分束器之间的距离与被测物体和分束器之间的距离相同，并调整反射光束的中心，使其也入射到CCD相机的接收面上。
此时，可以在图像采集软件上看到干涉条纹。
最后，放入聚焦透镜，调整透镜和CCD之间的距离，以获得屏幕上最清晰、最完整的图像。
调整反射器上二维调整框的微调旋钮，使获得的图像的干涉条纹最清晰，处于中心位置。
6、这时就可以给物品加压，调节物品架上的旋扭给物品加压，随着旋扭的调节，电脑的屏幕上出现的干涉条纹越来越多，且为同心圆环。
散斑干涉
peckle也称斑纹。
自1960年激光器问世后不久，人们就观察到了一种现象：被激光照明的物体，其表面呈现颗粒状结构。
这种颗粒状态被取名为“激光散斑”。
这种强度随机分布的散斑图样，可以由激光在粗糙表面反射或激光通过不均匀媒质时产生。
因为大多数物体表面对光波的波长（以氦氖激光器为例，λ≈0.6μm）来讲是粗糙的，由于激光的高度相干性，当光波从物体表面反射时（图1），物体上各点到适当距离的观察点的振动是相干的。
因此观察点的光场是由粗糙表面上各点发出的相干子波的叠加。
因为粗糙度大于光波波长，所以物体各点发出子波到达观察点的位相是随机分布的。
相干叠加结果就产生了散斑的随机强度图样──颗粒状。
显然，这种随机强度分布图样可用统计方法来描述。
从牛顿时代起一些科学家就观察到散斑现象。
I.牛顿在当时就解释过为什么能观察到恒星的闪烁现象而观察不到行星的类似现象。
现在人们知道这两类星体的空间相干性是不同的。
1877年K.埃克斯纳研究散射光干涉现象时，在夫琅和费衍射亮环内观察到辐射颗粒状散斑图样，这种辐射状是光源单色性不够引起的。
1914年M.von劳厄发表的夫琅和费照片更清楚地显示了辐射颗粒状结构，并讨论了它的统计特性。
但是对散斑现象作大量深入的研究，以及开辟日益广泛的应用，还是在激光器出现之后。
激光器是散斑研究和应用的理想相干光源。
人们对散斑的统计性质进行了深入的研究，包括相干和部分相干、偏振和部分偏振等情况。
因为散斑图样对相干成像系统来讲，是一种很讨厌的相干“噪声”，它限制了成像系统的分辨率。
为此人们曾致力于把散斑效应减至最小的研究，但是进展不大。
相反，近年来在利用散斑的特点应用于各个领域却取得了不少进展。
散斑干涉量度术它为非镜面反射物体提供了一种高灵敏度测量方法。
利用散斑图样可以测量物体的位移、振动和形变，成为无损检验的重要手段之一。
它的优点是可以调节散斑大小以适应检测器（胶片、电视等）的分辨率而并不降低精度。
利用散斑的统计性质可以测量物体表面粗糙度，假若表面均方根粗糙度小于照明光波的波长，则粗糙度可由散斑的反衬度来测定。
激光散斑干涉测微原理与应用
Ｖｏ．１ Ｎｏ １ ９ ．３ Ａｕ ．２ ０６ ｇ ０
激 光散 斑 干涉 测 微 原 理 与应 用
高海 燕 ， 李 聪 ， 志刚 赵
，
（・华北 水利 水 电学 院 ， 南 郑 州 ４ ０ ０ ；．河南 农业 大学 河南 郑 州 ４ ０ ０ ： １ 河 ５０ ２ ２ ５ ０ ２ ３ 河 南 国防科学 技术 工业 委员 会 ， ． 河南 郑 州 ４ ０ ０ ） ５ ０ ２
置双孑 径 地阑 ， Ｊ Ｌ Ｌ 两ｉ孑 间距 为 ｔ Ｌ 、 ， 小孑 直径 为 ｄ要求 ｔ 录 ， ＞ｄ 记 ｏ
当 ６ ±ｒ ± １， ５ｒ ｍ １ ３ｒ ± １ ， Ａ时 ，最小 ， Ｉ 即
ｌ ＝２ ａ（ ） （ ［ ２ｘ ＋ ｘ＋厶’ ｌ ｃ１ ｏ
【 摘 要 】 斑 是激 光束 投 射 到 粗 糙 光 学表 面上 产 生 的 斑 点 状 图样 人 们 利 用散 斑 可 以探 测 微 小 的 位 移 ， 就是 散 这 散 斑 计 量 。 文介 绍 了散 斑 干 涉 法 的原 理 及 两 个 用数 字散 斑 干 涉法 进 行 的 实验 本 测 量 火 箭 固体 燃 料 在 机械 和 热 栽 荷 作 用 下 的性 能 ， 用数 字散 斑 干 涉 法 来检 测 金 属 表 面的 缺 陷 。 利
当激 光束 投 射 到 一 光学 粗 糙 表 面 （ 表 面 平 均起 伏 大 即
于光 波 波 长量 级 ） 时 ， 上 即呈 现 出 用普 通 光 见 不 到 的 斑点 状
式 中 ６是 由于形变 引起 点 和 ＋△ 。 相对 位移产 生 点
图样 。 中每 一 个 斑 点称 为散 斑 （ｐ ｃｌ）整 个 图样 称 为 散 的纯相 位变 化。底 片上记 录 的总光强度 可表 示成 １： 其 ｓｅｋｅ ， ４ １
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。
激光散斑血流成像原理
激光散斑血流成像原理激光散斑血流成像（Laser Speckle Imaging，LSI）是一种用于无创、实时监测和成像生物组织血流动力学的技术。
下面将详细介绍激光散斑血流成像的原理。
1.激光散斑现象：当一束激光照射到光滑表面上时，由于表面微小不均匀性引起的散斑现象会产生。
这是由于光波在不同的相位干涉导致的光强分布不均匀，形成了明暗相间的斑纹。
2.血流对散斑的影响：当散斑照射到组织或器官上时，组织中的血液流动会引起散斑的变化。
血液的运动会导致光程差的变化，进而改变了干涉的情况，使得散斑图案发生了变化。
3.散斑血流成像原理：激光散斑血流成像利用了血液流动对散斑图案的影响。
当组织内的血液流动较慢时，干涉效应较强，散斑图案中的高频成分较多，使得散斑图案呈现出较大的空间变化。
而当血液流动较快时，干涉效应减弱，散斑图案中的高频成分减少，使得散斑图案呈现出较小的空间变化。
4.图像获取和分析：在激光散斑血流成像中，使用CCD相机或CMOS相机捕捉散斑图案，并将其转换为数字图像。
然后，通过对图像进行处理和分析，可以得到血流速度和血流量等相关参数。
5.应用领域：激光散斑血流成像已广泛应用于生物医学研究、临床诊断和药物开发等领域。
它可以提供非侵入性、实时和定量的血流信息，有助于了解血流动力学在生理和病理过程中的作用。
总结起来，激光散斑血流成像利用散斑现象和血液流动对散斑的影响，通过图像采集和分析，实现对生物组织血流动力学的实时监测和成像。
这一技术在医学和生命科学领域具有广泛的应用前景，为研究血流动力学提供了重要工具和手段。
希望以上内容对你理解激光散斑血流成像的原理有所帮助！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7、利用利用电子散斑干涉的处理软件对其图像处理。
五、数据记录和数据处理：
利用电子散斑干涉的处理软件对处理后的图片进行三维点阵重构，并绘出W-X，W-Y，W-X-Y 图。
六、注意事项：
1.眼睛不可正面直视激光束，以免造成伤害。
2.请勿用手触摸光学元件的表面。
3.在运行控制程序前，请关闭其它应用程序。
4．在采集图象的过程中，同一组名的图象会不予提示地覆盖以前的图象，所以在采集新图时，建题：
如果本实验采用平行光照明，从理论上看测试精度将有何变化，光路应做何调整？
电子散斑
一、实验内容：
1．了解电子散斑干涉原理；
2．掌握干涉光路及图像处理软件；
3．学会使用本系统来测量三维离面位移。
二、实验仪器：
图一XGS-1 电子散斑干涉(ESPI)实验系统
三、实验原理：
电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图二为测量离面位移（即前后沿Z轴方向的位移W）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线N，则离面位移为
4、放入被测物品和CCD摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到CCD摄像机接收表面上。
5、而后放入平面反射镜，要使平面反射镜到分光镜的距离和被测物品到分光镜的距离相同，且调节其被反射的光束的中心也入射到CCD摄像机接收表面上，这时便可以在采集图像的软件上看到干涉条纹。最后在放入聚焦透镜，调节透镜与CCD的距离，使屏幕上得到最清晰、最完整的像。调节反光镜上的二维调整架的微调旋扭，使得到的图像的干涉条纹最清晰且为中心位置。
W=λN/2
式中λ为测试光的波长，N为条纹的级数。
图二 光路图
四、实验步骤：
1、把平台摆放好，并调平。
2、各个实验仪器的位置参看图一，先把各个仪器的中心高度调至共轴。
3、使激光器发出的光束平行于工作平台的工作面。分别放入扩束镜和准直镜，调节准直镜，使通过它的被扩束的激光变成平行光，平行光束应通过放入光路中（分光镜、被测物品、反光镜等）的部件的中心且平行于平台。扩束镜前放入偏振片以调节亮度，以防损坏CCD摄像机。