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基于虚拟仪器技术的电子散斑剪切干涉仪的研究

作　者: 于长淞
导　师: 贾大功
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 电子散斑剪切干涉 相移 LabVIEW MATLAB 图像处理
分类号: O436.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 87次
引　用: 2次
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内容摘要


电子散斑干涉技术是一种测量物体表面微小形变的非接触式测量技术,近年来获得了快速发展。本文把虚拟仪器技术引入电子散斑剪切干涉仪,使得仪器可以根据需要添加测量模块,方便功能扩展。基于LabVIEW编写了仪器控制程序,实现了闭环相移控制、剪切控制等功能,并利用LabVIEW与MATLAB的混合编程实现图像处理,在LabVIEW环境下设计了软件界面,实现了仪器控制及图像采集处理的结合,并利用该系统进行了测量金属铝板及橡胶形变的实验研究。进行了空间滤波、频域滤波、小波滤波等多种去噪算法以及位相提取算法和解包裹算法的研究,计算了与物体变形有关的离面位移导数,最后利用相关系数对实验结果进行了分析。论文完成的主要工作1.分析了电子散斑干涉测量技术的基本原理,阐述了散斑场的基本性质;讨论了散斑干涉测量的实现方式及散斑干涉条纹图的生成方法,给出了数字散斑相关测量的基本原理及相关系数公式。2.基于LabVIEW编写了PCI6251型数据采集卡控制程序,完成了步进电机及压电陶瓷的控制,实现了剪切量调节、相移闭环控制等功能。3.以LabVIEW8.5作为开发平台设计了干涉仪控制软件,进行控制量的计算及散斑图像采集及处理,并且控制干涉仪各部件的工作状态。利用LabVIEW与MATLAB的混合编程实现图像处理,简化了图像处理的过程。4.建立了针对电子散斑干涉条纹图的图像处理过程,基于MATLAB编程实现了散斑图的空间滤波、频域滤波、小波滤波、位相提取及解包裹算法,并通过Matlab Script节点技术使其在后台提供大型图像处理算法。5.进行了测量金属铝板及橡胶形变的实验研究,采用相移技术得到了与物体变形有关的包裹位相图并进行解包裹计算,得到了与铝板及橡胶变形有关的离面位移导数分布,最后建立了散斑相关系数分布图并对实验结果进行了分析。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 电子散斑干涉技术的发展概述  9-12
  1.2 国内外电子散斑干涉仪的发展现状  12-14
  1.3 电子散斑干涉技术的应用领域及研究热点  14-15
  1.4 虚拟仪器技术简介  15-16
  1.5 本文的研究意义及主要工作  16-17
第二章 电子散斑干涉测量技术的原理  17-30
  2.1 散斑场的基本性质  17-18
    2.1.1 散斑颗粒的尺寸  17-18
  2.2 物面散射光场的基本统计特性  18-19
  2.3 散斑干涉测量的实现方式  19-23
    2.3.1 测量物面面内位移的散斑干涉计量方法  20-22
    2.3.2 测量物面离面位移的散斑干涉计量方法  22-23
  2.4 散斑干涉条纹图的生成方法  23-25
    2.4.1 原始散斑干涉场的表示  23-24
    2.4.2 电子散斑干涉条纹图的生成模式  24-25
  2.5 数字散斑相关计算  25-29
    2.5.1 数字散斑相关法的基本原理  25-27
    2.5.2 数字散斑相关法的整像数搜索  27-28
    2.5.3 相关公式的选择  28-29
  本章小结  29-30
第三章 基于虚拟仪器的电子散斑干涉仪控制系统设计  30-47
  3.1 虚拟仪器技术  30-31
  3.2 干涉仪总体结构  31-32
  3.3 控制系统硬件结构  32-33
  3.4 CCD及图像采集  33-35
    3.4.1 CCD的分辨率及扫描方式  33-34
    3.4.2 图像采集卡的选择  34
    3.4.3 视频接口电路  34-35
  3.5 剪切控制系统的设计  35-37
  3.6 相移技术的实现  37-41
    3.6.1 PID控制原理  38-39
    3.6.2 数字PID控制算法  39-40
    3.6.3 PID控制系统编程实现  40-41
  3.7 LabVIEW与MATLAB混合编程  41-43
    3.7.1 利用MATLAB Script节点调用MATLAB 算法  42
    3.7.2 利用COM 技术调用MATLAB 算法组件  42-43
    3.7.3 利用动态链接库技术  43
  3.8 系统软件设计  43-46
  本章小结  46-47
第四章 基于MATLAB的散斑图像处理技术研究  47-61
  4.1 MATLAB 图像处理介绍  47-48
  4.2 空域滤波方法  48-51
    4.2.1 均值滤波  49
    4.2.2 中值滤波  49-50
    4.2.3 维纳滤波  50-51
  4.3 频域滤波方法  51-53
  4.4 小波滤波  53-55
  4.5 散斑干涉条纹图的相位算法研究  55-59
    4.5.1 相位提取算法  55-57
    4.5.2 相位解包裹算法  57-59
  4.6 数字散斑相关测量方法的研究  59-60
  本章小结  60-61
第五章 基于虚拟仪器的电子散斑剪切干涉仪实验研究  61-82
  5.1 电子散斑干涉仪剪切法测量物体变形的实验研究  61-67
    5.1.1 电子散斑干涉仪剪切测量的分辨率  61-62
    5.1.2 剪切干涉系统剪切量的选择  62
    5.1.3 LabVIEW实现剪切控制  62-63
    5.1.4 实验结果  63-65
    5.1.5 图像滤波  65-67
  5.2 电子散斑干涉仪采用相移技术测量物体变形的实验研究  67-79
    5.2.1 电子散斑剪切干涉仪相移测量的分辨率  67-68
    5.2.2 相移系统的测试及实验结果  68-71
    5.2.3 实验结果  71-72
    5.2.4 位相提取及解包裹  72-79
  5.3 利用散斑相关系数进行图像处理的实验研究  79-81
  本章小结  81-82
第六章 总结与展望  82-83
参考文献  83-87
发表论文和科研情况说明  87-88
致谢  88

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 物理光学（波动光学） > 干涉与衍射
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