3激光干涉云纹法

　　云纹干涉法测试中关键和复杂的操作是光路调整，即为实现预定的虚光栅频率和衍射光束的波前干涉成像。在云纹干涉法的典型光路中，为了实现虚光栅与试件栅的匹配，其调节是很费时的，在工程测试中难于应用。

　　本文采用了可调整出射角的光学—机械系统和计算机控制反射双向旋转的步进系统，如图1。其独到之处是在反射镜组6、7中各设置两个步进电机12驱动的旋转和俯仰机构，设计、配置了专用微型集成块16和配套的计算机软件，实现栅频由微机14控制的小步距大范围调节，以及初始云纹和载波云纹的精细调控；相应地可实现对测试对象距离的调节，同时保证与准直镜面积相应的测试面积，以适应对不同位置、角度和距离的对象进行测试的要求。步进调节每步为15″，相当于3线/毫米，仅为栅线频率的0.5%(600线/毫米时)～0.1%(3000线/毫米时)。使这一方法易为一般工程技术人员掌握，可在数分钟完成，数百倍地提高了调试效率，便于工程现场应用。

　4 云纹图像的计算机处理过程

　　4.1 滤波处理

　　由于试件栅复制过程中有缺陷，测试表面不理想平滑，光场受到某些灰尘等污染，光学元件中的划痕、斑点等，都将造成云纹图像中的噪声，这些噪声若不予以消除，将在条纹判读时引起误判，例如虚假条纹或位置偏移影响测试精度，因此滤波处理是必要的。

　　本文采用了两种滤波处理方法，即非线性边缘检测和锥形滤波。对条纹对比度好、稀密适中的图像，采用保持边缘滤波(即旋滤波法)即可得到较好的滤波细化效果；在存在分光镜的二次反射干扰，条纹图叠加了阴影云纹时，该处云纹条纹切线方向灰度发生突然变化，造成了滤波细化图的局部紊乱，为了克服这一困难，引入了非线性边缘检测法。

　　对于呈现局部的稀疏的点状排列的条纹图，采用锥形滤波法，所谓锥即一组图像的堆叠，将所取某一图像的下一级图像称为子图像，上一级图像称为父图像，对原图像划分为4×4的块，其相邻的块之间互相重叠50%，然后，对其中的每一块近似地求高斯函数加权和，以分别得到父图像的像素。

　　对可能在条纹中产生的间断，采用一种区域的扩展算法，以消除图像上黑色物体的空缺，并能把边缘滤成更规则的形状。

　　4.2 云纹图的全自动分块二值化

　　为了能对工程测试中获得的图像处理取得良好效果，必须解决光场不匀图像的二值化处理问题。为了解决光场不匀时要出现顾此失彼现象，采用分块二值化方法，就是将图像分布几个小区域，以满足各小区域内光场均匀的要求，再对每一区域实施二值化，然后再使整幅图像二值化，采用上述方法，可成功地实现全自动分块二值化处理。

4.3 条纹图的细化和倍增

　　经过二值化处理的图像有一定的宽度，而宽度一般不具有力学量信息。为了便于计算机抽取条纹特征和力学信息，必须抽取其中心线，即进行细化处理，其基本方法就是：在保持图形连续性不变的情况下，一点一点地削掉面对二值图形边界的点。

　　本系统提出一种基于8邻接的条纹细化方法，其优点是细化后的条纹不出现毛刺和间断点；抽取条纹图黑、白条纹中心线，相加可得到倍增云纹图，即灵敏度提高了一倍。

　　4.4 条纹级次识别和力学量提取

　　由计算机自动并准确地提取一系列力学量，是一个比较复杂的问题。本系统首先通过预处理，得到消除了噪声和实现了全场二值化及宽度仅为1像束的条纹骨架，这就为扫描过程中不发生误判创造了良好的条件。对于水平方向条纹较密，垂直方向较稀的情况，采用“先列后行”的扫描顺序；对于相反的情况，则采用“先行扫描后列扫描”搜索方法。然后采用曲线拟合的最小二乘法和伪逆矩阵进行曲线拟合，求出位移及其导数——应变的解析表达式。对于裂纹尖端附近，条纹级数发生急剧变化时，则采取零级两侧分别计算方法，这样，拟合值与扫描获得的实测值就会符合得很好。