散斑干涉条纹图的信息提取方法研究

论文摘要

电子散斑干涉（Electronic Speckle Pattern Interferometry,ESPI）技术是目前获得散斑干涉条纹图最主要的方法,适用于光学粗糙表面的振动分析、形变和位移测量、无损检测、应变应力检测与轮胎检测等领域,是一种破坏性极小的现代光学测量技术。高精度的提取散斑干涉条纹图信息是ESPI技术应用的关键,我们需要对获得的散斑干涉条纹图进行细致的分析和操作,将条纹解析为测量场内各点的物理量信息,主要是位移量和相移量等,进而获得相关应用检测或测量所需要的信息。条纹图信息提取的实质是在其灰度分布中提取相应相位场的定量分布,由于散斑干涉条纹图所具有的特殊性质,使其分析、处理等方法不同于其他类型的图像。发展至今,从最初的纯手工分析记录到现在的相对自动化处理,取得了一定的成果。提取方法主要分为两类:一类是基于条纹亮度分析的条纹中心线法,另一类则是基于时间与空间相位分析的相位法。近年来,基于光流场理论提取物体形变相位的方法也引起关注,并且由于不需要解包络和适应微小形变检测等优点而被广泛应用。本论文主要研究散斑干涉条纹图相位信息的提取,涉及基于条纹亮度分析的条纹中心线法,基于时间与空间相位分析的相位法和基于光流场理论的形变相位提取方法。在对现存方法和理论进行深入的比较研究基础上,提出了提取形变相位的新方法,提高了相位信息提取的精确性,有利于图像信息的精确判读。论文主要研究内容及创新点如下:1.图像细化是条纹中心线法中最关键的一步,本论文对经典的ESPI图像细化算法进行了改进。在ESPI图像二值化前引入相素外延,同时对二值化后的图像进行多次非线性平滑。改进后的细化算法采用的是串行处理操作方式,速度较慢,但有效提高了相位信息提取的精确性,细化后图像的毛刺、分叉等情况明显减少,有利于条纹图像信息的精确判读,为后续的工作和应用提供了极大的方便。2.针对相位法的经典传统算法（相移法、傅里叶变换法）进行了研究和比较。同时也对随机相移算法中涉及的通用相移算法（General Phase Shifting Algorithm,GPSA）和基于主成分分析相移算法进行了研究和算法仿真,实现了在相移未知的状况下高精度的求解出被测物体的形变信息,在很大程度上降低了实验过程中对外在环境稳定性及仪器自身系统高性能的要求。3.在比较研究的基础上,提出了一种改进的基于光流场理论的相位信息提取方法。利用Horn-Schunck（HS）光流算法评估两帧连续图像之间的光流矢量场,并通过改进的自适应窗口傅里叶变换提取条纹频率,然后利用矢量场和条纹频率进行计算,从而获得物体的全场形变相位分布。将运动矢量场和相位的形变分布联系在一起,过程方便简单,使最佳窗口尺寸随着条纹频率的变化而自动调整,克服了窗口尺寸固定的缺点,且不需要相位的解包络计算,在条纹频率高时提取的形变相位信息更准确,对噪声不敏感,且鲁棒性较好。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛亚男

导师: 辛化梅

关键词: 电子散斑干涉技术,细化算法,解包裹,随机相移算法,光流场

来源: 山东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 山东师范大学

分类号: O436.1;TP391.41

总页数: 59

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标签：电子散斑干涉技术论文;  细化算法论文;  解包裹论文;  随机相移算法论文;  光流场论文;