3激光干涉云紋法

　　云紋干涉法測試中關鍵和復雜的操作是光路調整，即為實現(xiàn)預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，為了實現(xiàn)虛光柵與試件柵的匹配，其調節(jié)是很費時的，在工程測試中難于應用。

　　本文采用了可調整出射角的光學—機械系統(tǒng)和計算機控制反射雙向旋轉的步進系統(tǒng)，如圖1。其獨到之處是在反射鏡組6、7中各設置兩個步進電機12驅動的旋轉和俯仰機構，設計、配置了專用微型集成塊16和配套的計算機軟件，實現(xiàn)柵頻由微機14控制的小步距大范圍調節(jié)，以及初始云紋和載波云紋的精細調控；相應地可實現(xiàn)對測試對象距離的調節(jié)，同時保證與準直鏡面積相應的測試面積，以適應對不同位置、角度和距離的對象進行測試的要求。步進調節(jié)每步為15″，相當于3線/毫米，僅為柵線頻率的0.5%(600線/毫米時)～0.1%(3000線/毫米時)。使這一方法易為一般工程技術人員掌握，可在數(shù)分鐘完成，數(shù)百倍地提高了調試效率，便于工程現(xiàn)場應用。

       　4 云紋圖像的計算機處理過程

　　4.1 濾波處理

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

　　本文采用了兩種濾波處理方法，即非線性邊緣檢測和錐形濾波。對條紋對比度好、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，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法。

　　對于呈現(xiàn)局部的稀疏的點狀排列的條紋圖，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圖像稱為子圖像，上一級圖像稱為父圖像，對原圖像劃分為4×4的塊，其相鄰的塊之間互相重疊50%，然后，對其中的每一塊近似地求高斯函數(shù)加權和，以分別得到父圖像的像素。

　　對可能在條紋中產(chǎn)生的間斷，采用一種區(qū)域的擴展算法，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 云紋圖的全自動分塊二值化

　　為了能對工程測試中獲得的圖像處理取得良好效果，必須解決光場不勻圖像的二值化處理問題。為了解決光場不勻時要出現(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小區(qū)域，以滿足各小區(qū)域內光場均勻的要求，再對每一區(qū)域實施二值化，然后再使整幅圖像二值化，采用上述方法，可成功地實現(xiàn)全自動分塊二值化處理。

       4.3 條紋圖的細化和倍增

　　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量信息。為了便于計算機抽取條紋特征和力學信息，必須抽取其中心線，即進行細化處理，其基本方法就是：在保持圖形連續(xù)性不變的情況下，一點一點地削掉面對二值圖形邊界的點。

　　本系統(tǒng)提出一種基于8鄰接的條紋細化方法，其優(yōu)點是細化后的條紋不出現(xiàn)毛刺和間斷點；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 條紋級次識別和力學量提取

　　由計算機自動并準確地提取一系列力學量，是一個比較復雜的問題。本系統(tǒng)首先通過預處理，得到消除了噪聲和實現(xiàn)了全場二值化及寬度僅為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行曲線擬合，求出位移及其導數(shù)——應變的解析表達式。對于裂紋尖端附近，條紋級數(shù)發(fā)生急劇變化時，則采取零級兩側分別計算方法，這樣，擬合值與掃描獲得的實測值就會符合得很好。