因为它，物体再细微的形变相机都能全场测量

来自：Acta Optics 编辑部，Love Optics Today

作者：吴敏阳；杨福军;

《光学学报》第18期封面故事

吴敏阳;May Bank;程浩;杨福军;基于彩色相机的双波长剪切散斑干涉仪同时测量面内和面外位移导数[J].光学学报, 2020, 40(18) : .

指南

当光线照射到漫射物体表面时，会在物体表面及其附近空间形成随机分布的明暗斑点图案。 20世纪70年代以来，国外学者建立了以散斑作为物体表面变形信息载体的散斑干涉技术，并逐渐发展成为现在普遍使用的电子散斑干涉技术。东南大学杨福军教授课题组提出了一种基于3片式彩色相机的双波长剪切散斑干涉测量方法。有关面外变形的位移导数的信息。

背景

当激光照射到漫射物体表面时，会在物体表面及其附近空间形成随机分布的明暗斑点图案。

散斑最初被研究为全息图的噪声，但无法完全消除。由于散斑图案与物体表面粗糙有关，自20世纪70年代国外学者开始利用散斑作为物体表面变形的信息载体建立散斑干涉技术，并逐渐发展成为现在常用的电子散斑干扰技术。

图1（a）激光散斑形成原理示意图； (b) 激光照射时漫射物体表面的图像（散斑图像）

在实际工程结构变形测量中，人们更加关注变形梯度，希望能够对不同方向的变形梯度进行同步、快速、可视化的全场测量。

双波长剪切散斑干涉测量

东南大学杨福军教授课题组提出了一种基于3片式彩色相机的双波长剪切散斑干涉测量方法。该方法仅使用一台相机和一台剪切装置，并且在测试前不需要任何校准。可以同步获得面内和面外变形位移导数的相关信息。

实验测量装置如图2所示，蓝色和绿色激光以相同的入射角同时对称地照射在物体表面上。两束激光虽然相互重叠，但由于光源和波长不同，不满足干涉条件，所以不会对物体表面产生干涉。物体表面漫反射的光，经过改进的迈克尔逊干涉仪，投射到具有红、绿、蓝三通道的3CCD彩色相机中。

由于迈克尔逊干涉系统中的反射镜2从初始位置偏转一个很小的角度β，反射镜1和2反射的激光束在CCD的像面上形成双色切变相机散斑图案干涉图像。

图2 双波长剪切干涉测量装置示意图

在图2中，平面镜1由安装在平面镜1上的压电陶瓷驱动，使两种颜色的光束同时产生相移。根据颜色通道将记录的剪切散斑干涉图的红色、绿色和蓝色分量分开。由于三片式彩色相机记录的彩色图像中的红、绿、蓝通道不存在颜色串扰问题，因此，Carré相移技术可以应用于分离的绿、蓝通道图像，条纹可以从条纹图像中解调出相应颜色通道的包裹相位图像。

对两幅包裹相位图像进行滤波消除散斑噪声后，进行相位解缠，然后对两幅相位图像进行算术和差运算，得到纯面内和纯分离.与表面位移导数相关的相图。

图 3 实验设置和结果比较。 (a) 悬臂铝梁示意图； (b) 测量的面内位移导数； (c) 测量的平面外位移导数； (d) dw/dx 实验与理论解的比较

测量了图3（a）所示的双向弯曲铝悬臂梁的待测表面的面内和面外变形导数。图3(b)为测得的测量区面内应变场，图3(c)为同时测得的测量区弯曲变形(偏转)导数的二维云图。

根据试样的几何和物理参数，利用材料力学悬臂梁弯曲变形理论的计算公式，得到整个梁弯曲挠度的斜率分布如图图3(d)中红色圆点划线，图3(d)中黑色方点划线为测试区域的实验测量结果；可以看出，测量区域的实验结果与理论值吻合较好。

后续工作

在后续工作中，研究团队将进一步整合和优化现有的测量系统，将双波长激光扩展为三波长激光，同步三个不同方向的位移导数.全场测量，同时进一步结合载波法和傅里叶变换技术，建立三维变形实时同步测量系统。

文章来源：《国外电子测量技术》 网址: http://www.gwdzcljszz.cn/zonghexinwen/2021/0825/589.html