3激光干涉云紋法

　　云紋干涉法測(cè)試中關(guān)鍵和復(fù)雜的操作是光路調(diào)整，即為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的虛光柵頻率和衍射光束的波前干涉成像。在云紋干涉法的典型光路中，為了實(shí)現(xiàn)虛光柵與試件柵的匹配，其調(diào)節(jié)是很費(fèi)時(shí)的，在工程測(cè)試中難于應(yīng)用。

　　本文采用了可調(diào)整出射角的光學(xué)—機(jī)械系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制反射雙向旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)系統(tǒng)，如圖1。其獨(dú)到之處是在反射鏡組6、7中各設(shè)置兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)和俯仰機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)、配置了專用微型集成塊16和配套的計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)柵頻由微機(jī)14控制的小步距大范圍調(diào)節(jié)，以及初始云紋和載波云紋的精細(xì)調(diào)控；相應(yīng)地可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試對(duì)象距離的調(diào)節(jié)，同時(shí)保證與準(zhǔn)直鏡面積相應(yīng)的測(cè)試面積，以適應(yīng)對(duì)不同位置、角度和距離的對(duì)象進(jìn)行測(cè)試的要求。步進(jìn)調(diào)節(jié)每步為15″，相當(dāng)于3線/毫米，僅為柵線頻率的0.5%(600線/毫米時(shí))～0.1%(3000線/毫米時(shí))。使這一方法易為一般工程技術(shù)人員掌握，可在數(shù)分鐘完成，數(shù)百倍地提高了調(diào)試效率，便于工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

       　4 云紋圖像的計(jì)算機(jī)處理過程

　　4.1 濾波處理

　　由于試件柵復(fù)制過程中有缺陷，測(cè)試表面不理想平滑，光場(chǎng)受到某些灰塵等污染，光學(xué)元件中的劃痕、斑點(diǎn)等，都將造成云紋圖像中的噪聲，這些噪聲若不予以消除，將在條紋判讀時(shí)引起誤判，例如虛假條紋或位置偏移影響測(cè)試精度，因此濾波處理是必要的。

　　本文采用了兩種濾波處理方法，即非線性邊緣檢測(cè)和錐形濾波。對(duì)條紋對(duì)比度好、稀密適中的圖像，采用保持邊緣濾波(即旋濾波法)即可得到較好的濾波細(xì)化效果；在存在分光鏡的二次反射干擾，條紋圖疊加了陰影云紋時(shí)，該處云紋條紋切線方向灰度發(fā)生突然變化，造成了濾波細(xì)化圖的局部紊亂，為了克服這一困難，引入了非線性邊緣檢測(cè)法。

　　對(duì)于呈現(xiàn)局部的稀疏的點(diǎn)狀排列的條紋圖，采用錐形濾波法，所謂錐即一組圖像的堆疊，將所取某一圖像的下一級(jí)圖像稱為子圖像，上一級(jí)圖像稱為父圖像，對(duì)原圖像劃分為4×4的塊，其相鄰的塊之間互相重疊50%，然后，對(duì)其中的每一塊近似地求高斯函數(shù)加權(quán)和，以分別得到父圖像的像素。

　　對(duì)可能在條紋中產(chǎn)生的間斷，采用一種區(qū)域的擴(kuò)展算法，以消除圖像上黑色物體的空缺，并能把邊緣濾成更規(guī)則的形狀。

　　4.2 云紋圖的全自動(dòng)分塊二值化

　　為了能對(duì)工程測(cè)試中獲得的圖像處理取得良好效果，必須解決光場(chǎng)不勻圖像的二值化處理問題。為了解決光場(chǎng)不勻時(shí)要出現(xiàn)顧此失彼現(xiàn)象，采用分塊二值化方法，就是將圖像分布幾個(gè)小區(qū)域，以滿足各小區(qū)域內(nèi)光場(chǎng)均勻的要求，再對(duì)每一區(qū)域?qū)嵤┒祷缓笤偈拐鶊D像二值化，采用上述方法，可成功地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分塊二值化處理。

       4.3 條紋圖的細(xì)化和倍增

　　經(jīng)過二值化處理的圖像有一定的寬度，而寬度一般不具有力學(xué)量信息。為了便于計(jì)算機(jī)抽取條紋特征和力學(xué)信息，必須抽取其中心線，即進(jìn)行細(xì)化處理，其基本方法就是：在保持圖形連續(xù)性不變的情況下，一點(diǎn)一點(diǎn)地削掉面對(duì)二值圖形邊界的點(diǎn)。

　　本系統(tǒng)提出一種基于8鄰接的條紋細(xì)化方法，其優(yōu)點(diǎn)是細(xì)化后的條紋不出現(xiàn)毛刺和間斷點(diǎn)；抽取條紋圖黑、白條紋中心線，相加可得到倍增云紋圖，即靈敏度提高了一倍。

　　4.4 條紋級(jí)次識(shí)別和力學(xué)量提取

　　由計(jì)算機(jī)自動(dòng)并準(zhǔn)確地提取一系列力學(xué)量，是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。本系統(tǒng)首先通過預(yù)處理，得到消除了噪聲和實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)二值化及寬度僅為1像束的條紋骨架，這就為掃描過程中不發(fā)生誤判創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)于水平方向條紋較密，垂直方向較稀的情況，采用“先列后行”的掃描順序；對(duì)于相反的情況，則采用“先行掃描后列掃描”搜索方法。然后采用曲線擬合的最小二乘法和偽逆矩陣進(jìn)行曲線擬合，求出位移及其導(dǎo)數(shù)——應(yīng)變的解析表達(dá)式。對(duì)于裂紋尖端附近，條紋級(jí)數(shù)發(fā)生急劇變化時(shí)，則采取零級(jí)兩側(cè)分別計(jì)算方法，這樣，擬合值與掃描獲得的實(shí)測(cè)值就會(huì)符合得很好。