电子散斑干涉技术在无损检测领域的应用研究
数字剪切散斑干涉技术
数字剪切散斑干涉技术景敏【摘要】研究了数字剪切散斑干涉技术(DSSPI)的原理,详细讨论了剪切成像的常见方式并总结了各种方式的优缺点及适用场合,介绍了数字散斑剪切干涉技术在无损检测中的应用.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】3页(P1-2,5)【关键词】光学测量;数字剪切散斑干涉;无损检测【作者】景敏【作者单位】陕西理工学院机械工程学院,陕西汉中723003【正文语种】中文【中图分类】O433.1现代光测力学对高灵敏度的变形、位移测量常用全息、散斑等测量方法，但这些方法都具有一定的局限性，比如要求生产现场避震、避光、对图像要进行后期处理等，这些局限性降低了这些方法在工业现场的使用价值。
由Hung和Liang[1]提出的散斑剪切干涉术则不要求特别的防震措施，而且装置简单，这就为生产现场能运用的变形测量方法提供了基础。
如果将散斑剪切干涉术与电子散斑技术相结合，就可获得一种不需特殊防震、不需避光、不需全息干板的实时干涉技术。
这项技术的特点是，干涉条纹的获取完全不同于传统光测力学方法，由于摄像视频技术和计算机技术的引入，使得干涉条纹的获取过程变得简单、快速。
数字剪切散斑（DSSPI---digital shearing speckle pattern interferometry）[2，3]是散斑技术中一种先进的测量技术，它可以直接测量物体离面位移的一阶微分。
数字剪切散斑干涉技术(DSSPI)把剪切散斑干涉技术与数字散斑相结合而形成数字光电测量技术，它所测量的主要是物体表面变形的位移导数值。
正因为如此，数字剪切散斑干涉就是在数字摄像机前放置一个小角度的玻璃楔块，激光的光线在通过此玻璃楔块时将产生偏折，在像平面上产生与楔块的楔角相同方向的两个错位的像，它们将在像平而上互相干涉而形成散斑干涉图像，然后将其采集到计算机中。
将变形前后两幅散斑干涉图像在计算机中进行相应的运算和处理，在计算机屏幕上将出现一个表示物体位移偏导数的条纹图，见图1。
基于新型分光棱镜的剪切电子散斑干涉术
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
散斑干涉以及散斑照相术
摘要
电子散斑干涉( ESPI)技术是一种非接触式全场实时测量技术 ,因其通用性 强、 测量精度高、 频率范围宽及测量简便等优点 ,近年来获得了快速发展。电 子散斑干涉无损检测技术可以完成位移、 应变、 表面缺陷和裂纹等多种测试。 本文就目前国内外散斑干涉术进行简单阐述， 总结目前国内的主要散斑干涉技术 以及应用。例如，用散斑照相术和散斑干涉术测变形、位移、倾斜、震动，以及 根据散斑位移与物体位移间的关系测量物体位移的速度， 根据散斑的对比度测量 表面的粗糙度等。
λ
散斑干涉术
散斑干涉术是激光照明时,被测试物体表面形成的散射光与参考光束(其可 以是平面波和球面波的单光束、双光束或是另一个散斑场)进行干涉而产生具有 一定对比度的散斑,是精确检测物体表面各点变形(位移或旋转)的一种光学测试 法。对于透明物体而言,其散斑干涉条纹是物体折射率变化或厚度变化的一种量 度;对于漫反射物体而言 ,其反射光波干涉形成的散斑干涉条纹是表征漫反射物 体变形、 位移或旋转的一种量度,且形成的散斑干涉条纹随物体变形(位移或旋转) 而变化。 因此,散斑干涉术虽然必须加入参考光 ,但是通过散斑干涉术获得的散斑干 涉条纹却可以直接的表征物体的变形(位移或旋转)及其他运动情况。 而且该散斑 干涉条纹的采集、记录和后期处理都是利用计算机实时完成的。
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尺寸大得多。 如果在远场观察， 即在透镜的后焦平面上观察散斑图，那么平均散斑的直径 是 ∆������������ ≈ ������ = ������ ������
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式中 f ′ ----透镜的焦距； D ----透镜的口径。 当观察面不在透镜的焦面上时， 则必须考虑到透镜的放大倍率，散斑的平均直径 是 ∆������������ ≈ ������ = ������ ������
剪切电子散斑干涉仪的实验应用
万方数据图１是剪切散斑的光路图Ｌ：扩束镜；Ｍ：反射镜；Ｗ：Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜；Ｐ：偏振镜。
楔块的楔角为ａ，肛是折射率，在像平面上被测量物体的剪切量：觑’＝Ｄｌ（肛一１）口同样地，如折合到物体表面的剪切量为ｎ既＝甄７ｉｓ．－－０＝Ｄｏ（ｐ—１）口（１）其中Ｄ。
和Ｄ。
分别为透镜到物体表面和到成像平面的距离。
这里假设楔块的楔角是沿ｘ方向。
图２为剪切散斑记录光路。
同样，如楔块的楔角是沿Ｙ方向的则剪切也是沿，，方向。
图２剪切散斑记录光路对于整个物体来说，在像平面上形成了两个互相剪切的像，它们的波前分别为：Ｕ（Ｘ，ｙ）＝ｏｔｅｘｐ［Ｏ（ｘ，，，）］（２）Ｕ（菇＋舐，Ｙ）＝ａｅｘｐ［ｏ（ｘ＋舐，Ｙ）］（３）这里ａ表示光的振幅分布，ｐ（菇，，，）和ｐ（ｚ＋缸，Ｙ）分别表示为两个剪切像的相位分布。
这样，在像平面上两个像叠加结果为：Ｕｒ＝ｒｅ（茗，Ｙ）＝ｔｙ（菇＋舐，ｙ）（４）其光强则为：，＝ＵｒＵｒ‘＝２ａ２［１＋ｃｏｓ∥＿］ｒ］∥ｘ＝秒（菇＋融，），）一日（茁，，，）（５）当物体变形后，光波将形成一个相位的相应变化△∥。
变形后的光强将变为：，’＝２ａ２［１＋１３０８（∥ｘ＋△∥ｊ）］（６）在剪切电子散斑干涉中，采用光电子元件（通常ＣＣＤ摄像机）进行记录并直接输入计算机。
它采用与电子散斑干涉法相同的信息表征模式，即用变形前后两幅散斑图像相减，其合成的记录光强为式（５）和现代科学仪器２００８１（６）相减：Ｉｒ＝Ｉ，７（ｒ）一，（ｒ）Ｉ＝｜４Ⅱ２ｓｉｎｈ学】ｓｉｎ学Ｉ（７）这种相减方式把本底光强或背景光强去除，而突出了由于变形引起的相位变化△矽。
的结果。
当△勿。
＝２ｎｏｒ＋儡ｒ／２，其中，ｌ＝０，４－１，４－２…时，，，为极大值，即为亮条纹，从（７）可以看出，通过计算机可以很快地、直接地获得表示物体位移导数的条纹图。
但是由于其存在的高频散斑的调制，图像质量较差，所以，必须采用滤波以及相位处理的方法进一步处理。
３实验设备我们实验所采用的剪切电子散斑干涉仪是由同济大学与上海７１ｌ研究所联合研制的。
数字散斑干涉(DSPI)研究的文献综述
数字散斑干涉振动测量技术研究进展摘要：数字散斑干涉技术（DSPI）是一种光学测试方法，具有非接触、高灵敏度、全场、实时、无损检测的特点，在振动测量方面有着较大的优势。
本文从图像处理、相移技术等方面阐述了数字散斑干涉振动测量的发展现状，并对其中的关键技术进行了比较和分析。
关键词：数字散斑干涉，振动测量，数字图像处理，相移技术Research Progress on V ibration Measurement Using Digital SpecklePattern InterferometryAbstract:Digital speckle pattern interferometry (DSPI) is an optical testing and measuring method，a non-contact, high-sensitivity, full-field, real-time, non-destructive one, which has an advantage in vibration analysis. This paper introduces the recent progress on DSPI vibration measurement from aspects of digital image processing and phase shifting, also compares and analyzes their key technologies.Keywords:Digital speckle pattern interferometry; Vibration measurement; Digital image processing; Phase shifting0 引言散斑计量技术是现代光测力学技术中的一种。
它具有非接触、无损、全场、高精度、实时测量的特点，在轮廓、应变、位移和振动测量方面有着广泛的应用前景[1]。
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]。
电子散斑干涉技术在小试件无损检测中的应用研究
实际工程材料及构件 ， 又可以现场给 出全场的位 移。在无损检测领域获得越来越 多的重视。国
内外都投入 了相当的力量研究它。 随着微电子学和计算机技术等现代科学 技
术的飞速发展 ， 无损检测诊断技术也得到迅速发 展。它涉及的领域不仅局 限于无损检测和试验 ， 还涉及到材料的物理性质、 制造工艺、 产品设计 、 断裂力学、 数据处理、 模式识别 等多种学科 和专 业技术领域。各种无损检测诊 断方法 的原理几 乎涉及到现代物理学的各个分支。据统计 ， 已经 应用于工业现场 的各种无损检 测诊断方法已达 ７ 余种 。特别 是激 光、 Ｏ 红外、 微波、 超声、 声发
中图分类号 ：Ｎ ４ Ｔ ２７ 文献标识码 ： Ａ
以激光为光源 的全光无损检测是一种全新
１ 引言
无损检测诊 断技术是一 门新型 的综合性应 用学科。它是在不损伤被检测对象 的条件下 ， 利 用材料内部结构异常或存在缺陷所引起 的对热 、
的检测 （ 断 ） 诊 方法 ， 由于 Ｅ Ｐ 既 可直 接应 用 于 ＳＩ
切无 损检测 技术 （ 方法 ） 可 列入 “ 常 规 ” 损 均 非 无
射、 工业 Ｃ ， Ｔ 工业内窥镜等无损检测诊断方法越
来越 被人们 重视 。 源自本文选用具 有较好光洁度 的小型试样作为 研究对象 ， Ｅ Ｐ 装置对小型试样作无损检测， 用 ＳＩ
实现了光洁试样表 面微小裂纹检测。
检测技术范畴。据美国国家航空航天局（ Ａ Ａ Ｎ Ｓ） 的统计， 前约有 ７ 余种 Ｎ Ｔ或 Ｎ Ｅ技术 （ 目 Ｏ Ｄ Ｄ 方 法） 。其中发展较快 、 应用较 多的是激光 、 红外 、 微波 Ｎ Ｔ这三种新的无损检测技术 （ Ｄ 方法） …。
同时 由于现代 非 常规无 损 检测 技术 的发展 ，
引入实时相移的激光散斑无损检测新技术
引入实时相移的激光散斑无损检测新技术刘斌;李凯;张东升【摘要】介绍了基于激光剪切散斑的无损检测新技术,重点介绍了可显著提高散斑图像质量和检测精度的实时相移技术,并推出自主研发的检测系统.使用该系统检测航空航天和军工领域的橡胶粘接结构,如固体火箭药柱、橡胶和金属的粘接结构,得到的缺陷散斑图像清晰可辨.结果表明,该系统可成功应用于复合材料粘接结构的无损检测.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2015(037)004【总页数】3页(P11-13)【关键词】剪切散斑;实时相移;无损检测【作者】刘斌;李凯;张东升【作者单位】上海市应用数学与力学研究所,上海200444;上海市力学在能源工程中的应用重点实验室,上海200072;上海大学力学系,上海200444;上海市力学在能源工程中的应用重点实验室,上海200072;上海大学力学系,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TG115.28复合材料在航空、航天、军工、船舶、电子、风电等行业的应用十分广泛，其在生产和使用过程中容易产生脱粘、分层、冲击损伤等缺陷，而缺陷的扩展会给装备带来安全隐患。
目前针对复合材料的检测方法主要有敲击法、X 射线检测法、CT、超声、声阻抗法等，这些方法普遍存在灵敏度低、对操作者要求高、缺陷难以定量和定位、检测速度慢等问题。
激光剪切散斑无损检测技术是一种全场可视化无损检测新方法，不仅检测灵敏度高，而且缺陷直观形象，还可以精确测量缺陷的尺寸、位置，正逐步成为复合材料生产现场的检测方法［1－2］。
目前激光散斑技术已在波音、空客、美国航天局等机构采用。
上海大学运用多种创新技术，开发了便携式MATFOLT LNDT－200型激光散斑无损检测系统，其各项技术指标均达到了国际先进水平。
1 激光散斑检测技术原理及便携式无损检测系统1.1 技术原理激光散斑无损检测技术采用了剪切电子散斑干涉原理，是一种测量物体离面位移导数的光测技术。
存在内部缺陷的复合材料部件受到外载荷时，内部缺陷所在位置的表面会产生微小非均匀变形（如图1虚线所示）。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。