数字散斑及其在形变测量中的应用研究

论文摘要

近年来因为CCD和计算机的广泛应用，散斑测量技术得到了广泛的应用。围绕着数字散斑技术，许多学者展开了非常广泛的研究。按信息提取的方式，数字散斑度量可以分为数字散斑干涉术(digital speckle pattern interferometry，DSPI)和数字散斑照相术(digital speckle photography，DSP)。而在数字散斑照相术中，现在应用的最广泛的就是数字散斑相关测量法(digital speckle correlation method，DSCM)，又称为数字图像相关测量方法(digital image correlation，DIC)。本论文查阅了大量文献，在数字散斑测量技术的基础上，对空域数字散斑相关和频率域数字散斑测量的几种方法的基本原理进行了详细的介绍，研究重点是计算机散斑干涉法(computer aided speckle interferometry，CASI)。本论文的实验主要是围绕变形测量中最基本的面内位移的测量展开的，在实验的基础上编写了各种相关算法的程序，重点侧重于频率域的数字散斑测量结果。论文概括的介绍了散斑及散斑的统计性质；对空域数字散斑相关算法的基本原理做了细致分析，比较了几种常用的相关系数，选择一种最优的相关系数来进行相关运算。针对其相关搜索量大、搜索时间长的缺点对相关搜索方法做了适当的改进，提高测量速度；介绍了频率域数字散斑相关算法，对其输出面上的卷积模糊项的干扰提出了一种解决方法，做了适当的改进，并对几种匹配滤波器的滤波结果进行比较，选择一种最优的来进行匹配滤波；详细介绍了计算机散斑干涉法的基本原理，对振幅型和强度型的加法模式计算机散斑干涉法做了细致分析，针对加法模式的计算机散斑干涉法的信噪比低、测量精度不高的缺点，首次提出了减法模式的计算机散斑干涉法，对几种算法并进行比较，证明了减法模式的计算机散斑干涉法的优越性，同时证明了振幅型减法模式的计算机散斑干涉法抗噪声能力最强，信噪比最高，测量精度极其精确，最后对该方法的测量范围进行了改进；利用实验实际采集的散斑图像，用MATLAB程序来编制各种算法的程序，并给出了直观的图形分析结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 散斑度量术
• 1.2 数字散斑干涉术
• 1.3 数字散斑相关测量法
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 散斑及散斑的性质
• 2.1 引言
• 2.2 物面系综上物表面散射光场的统计特性
• 2.3 散斑场的一阶统计
• 2.3.1 散斑场随机复振幅的均值，方差及概率密度
• 2.3.2 散斑场强度及相位的概率分布
• 2.4 散斑场的二阶统计
• 2.4.1 几个重要的定义
• 2.4.2 散斑尺寸的计算
• 第三章 数字散斑相关
• 3.1 引言
• 3.2 数字散斑相关的基本原理
• 3.3 相关搜索法
• 3.4 相关系数
• 3.5 数字散斑相关测量方法的改进
• 3.6 数字散斑亚像素位移计算方法
• 第四章 频率域数字散斑相关法
• 4.1 引言
• 4.2 最简单的频率域数字散斑相关法
• 4.3 频率域数字散斑相关法
• 4.3.1 基本算法原理
• 4.3.2 频率域数字散斑相关法的改进
• 4.3.3 匹配滤波器的选择
• 第五章 计算机散斑干涉测量法
• 5.1 引言
• 5.2 计算机散斑干涉法的数学模型
• 5.3 加法模式的计算机散斑干涉法
• 5.3.1 振幅型加法模式计算机散斑干涉法（AA-CASI）
• 5.3.2 强度型加法模式计算机散斑干涉法（DA-CASI）
• 5.4 减法模式的计算机散斑干涉法
• 5.4.1 振幅型减法模式计算机散斑干涉法（AS-CASI）
• 5.4.2 强度型减法模式计算机散斑干涉法（DS-CASI）
• 5.5 实验
• 5.5.1 实验光路的选择
• 5.5.2 人工制斑
• 5.5.3 CCD的标定方法
• 5.5.4 实验结果
• 5.6 小结
• 5.7 计算机散斑干涉法的改进
• 5.8 子图像的测量
• 第六章 总结与展望
• 谢辞
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文