激光散斑检测与三维激光检测

激光散斑检测与三维激光检测

专业：测控技术与仪器 学号：12081403 姓名：黄春萍

引言

激光的发现进一步扩大了光学技术的应用范围，提高了光学技术在国民经济中的地位。激光的引入不仅使经典干涉技术开拓了测试范围，也提高了测量精度，而且激光技术大大带动了全息、散斑技术在工程应用方面的进展。传统的干涉仪只能检测透明介质的性能和检测光学表面的缺陷，而全息、散斑干涉的功能扩展到检测任何粗糙表面的形变、位移等力学特性。从而为无损检测技术开拓了一条宽阔的发展之路，并大大提高了检测精度、检出率和可信度。

当激光甚至白光自物体表面漫反射，或通过透明散射体时，在散射体附近或表面广场中，可以观察到或照相记录下一种无规则分布的明暗颗粒状斑纹，成为散斑。近年来发展起来的散斑摄影术和散斑干涉度量术，正是应用了激光的散斑形成一种崭新的光学测量方法，有广泛的应用前景。 一、 激光散斑 1.激光散斑特性

（1）经透镜成像形成的散斑为主观散斑，在自由空间传播形成的散斑是客观散斑

（2）散斑的大小，位移及运动是有规律的，它可以反映激光照明区域内物体及传播介质的物理性质和动态变化。

（3）随机过程，统计方法研究散斑的强度分布，对比度和大小分布等。

2.散斑的概念及研究方法

激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles）或斑纹。

激光散斑是由无规散射体被相干光照射产生的，因此是一种随机过程。要研究它必须使用概率统计的方法。通过统计方法的研究，可以得到对散斑的强度分布、对比度和散斑运动规律等特点的认识。 3. 散斑的成因及散斑的类型

在光场通过自由空间传播的条件下，从可见光波长这个尺度看，物体的表面一般都很粗糙，这样的表面可以看作是由无规分布的大量面元构成。当相干光照明这样的表面时，每个面元就相当于一个衍射单元，而整个表面则相当于大量衍射单元构成的“位相光栅”。对比较粗糙的表面来说，不同衍射单元给入射光引入的附加位相之差可达 2π的若干倍。经由表面上不同面元透射或反射的光振动在空间相遇时将发生干涉。由于诸面元无规分布而且数量很大，随着观察点的改变，干涉效果将急剧而无规地变化，从而形成具有无规分布的颗粒

状结构的衍射图样（见图1） 。如果物体表面通过光学系统成像，只要成像系统的点扩散函数具有足够的“宽度”，折算到物平面后能在物体表面覆盖足够多的面元（见图2），则来自这些面元的光线将在同一像点处相干叠加，从而形成散斑。

入射光

粗糙面

观察点

图像板

入射光

光学系统

粗糙面

图2 散斑成因

点扩散函数

图1 散斑成因

由散斑的成因可知，物体表面的性质与照明光场的相干性对散斑观象有着决定性的影响。物体表面的性质不同，或照明光场的相干性不同，都会使散斑具有不同的特点。因此，根据两个因素可以区分散斑的不同类型。此外，人们还常常按照光场的传播方式，把散斑分成远场散斑（与夫琅和费衍射对应）、近场散斑（与菲涅耳衍射对应）和象面散斑三种类型，也可按照观察条件而将散斑分成主观散斑与客观做斑两种类型，前者实质上是象面散斑，后者则是通过自由空间传播形成的近场和远场散斑。

4.散斑图像的统计特性

按照光场衍射的标量理论，一个单色光场的传播过程（包括成象具体说，如果已知单色光场x0,y0过程）可由一个简单的叠加积分表征。在 平面上的复振幅分布为 A(x0,y0)，还知道光场由 x0,y0平面到与之平行的 x,y 平面这一传播过程的权函数为 h(x,y;x0,y0)，则 x,y平面上