数字散斑干涉测量微变形技术-研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位蝴糍笔柏均掷期Ⅲ净钼乍日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金月巴王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和

2、借阅。本人授权金蟹王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者躲寺匆书签字日期：砌7年歹月斗日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师躲于参他签字醐：7钳肌日电话：邮编：致谢本论文是在导师卢荣胜教授的悉心指导下完成的，论文倾注了导师的大量心血。几年来，卢教授在学业上给予我精心的指导，在生活上给予我悉心的关怀。卢老师渊博的知识和高深的学术造诣是我追求的目标；严谨治学的态度和求实

3、的工作作风是我学习的榜样；对事业锲而不舍的精神，将永远激励着我，战胜困难、奋发向上。在此，谨向卢老师表示最衷心的感谢!本论文的课题来源国家自然科学基金项目散斑计量关键技术与系统研究，感谢课题组的所有老师和同学，在完成论文过程中，对我的指导和大力帮助。感谢王永红副教授在实验过程，给予宝贵的指导和诸多帮助。感谢刘志健副教授在试验器材上给予的充分支持。研究生期间，盛立、李英心、林明发、吴珍妮、谢虎、史艳琼博士、刘宁博士、夏瑞雪博士、李琪博士等，在生活和学习中给予的帮助和支持，在此表示深深的感谢!感谢家人对我的

4、支持和理解，感谢一切曾经鼓励、支持和帮助过我的人，衷心的谢谢大家!作者：于妍妍2009年3月31日第1章绪论1．1数字散斑干涉测量技术的概况及发展现状20世纪40年代英国学者DeniSGabor首先提出全息术⋯，激光散斑最初作为全息术里的一种光学噪声，影响全息图的质量，并由此引起人们的关注。1962年贝尔实验室的Rigden和Gordon首先解释了激光散斑现象的产生心1。当用相干性很好的光(如激光)照射漫反射表面时，漫反射表面好像无数小的点光源，它们反射的光彼此相互干涉，并在物体表面前方的空间形成了无数

5、随机分布的点，人们把这些相干的亮点和暗点称为散斑，把这种随机分布的散斑结构称为散斑场，如图1所示口3。随后英国学者Leenderz开创了新的利用散斑检测粗糙表面的光学干涉方法一一散斑干涉测量法(SpeckleInterferometry)¨1。在早期的检测中，由于散斑干涉测量法采用全息干板作为记录介质，需要复杂的后期光学滤波和数据处理工作，因此导致该技术难以得到推广。l971年英国学者Butter和Leenderz拍】，美国学者Makovski¨1相继成功的以电视摄相机取代了全息干板的使用，视频检测技术

6、的引进使得可以采用可视化方式来记录并处理静态和动态光学粗操表面的位移，这种技术被称为电子散斑干涉测量法(ESPI)。传统的散斑干涉测量法依赖于散斑干涉图中可见条纹和条纹级数的正确判断，这种方法能迅速反映全场变形的分布和程度，但基于条纹处理方式的ESPI，只有在条纹场的极值位置条纹级数才能被正确的确定，如果再加上噪声的影响，即使应用插值法，测量结果的精度也很难达到半个波长量级。20世纪80年代相移技术的引进拟补了条纹处理法的不足，为检测提供了定量分析相位的方法，在严格的环境条件下可使测量精度达到检测光波长

7、的百分之一，因此融入相移技术的ESPI，也被称作第二代ESPInl．随后计算机、电荷耦合器件(CCD)、图像采集卡的迅速发展，ESPI系统的处理方式由模拟电子方式发展成为数字化图像记录和处理方式，因此ESPI有时也被称为DSPI(Digitalspecklepatterninterferometry)。SPIE(TheSocietyofPhot020pticalInstrumentationEngineers)在1996年就ESPI专门出了一本里程碑式的文集，收集了68篇在ESPI原理和应用方面具有重要

8、影响的论文，并建议为了纪念早期研究者的贡献，将TV2Hol092raphy，DSPI和electroniCholography等统称为ESPI旧1．至此，经过十多年的努力，基于干涉方法的电子(数字)散斑计量技术已经比较成熟。1973年，Y．Y．Hang，C．E．Taylor提出用错位散斑照相来测量位移导数。在错位散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃楔块，光线通过此玻璃将产生偏折。由于物体表面被激光(相干光)照明使得由于错位产生的两幅剪切图像