基于图像配准及融合的激光剪切散斑干涉缺陷检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像配准及融合的激光剪切散斑干涉缺陷检测系统，包括：激光光源、扩束镜、分束镜、剪切器、相移器、图像采集器和集成图像处理算法和相移器控制算法的PC机；先利用双摄像头的图像采集器同时记录了被测物体在热加载前后的激光剪切散班干涉条纹图和原始图像，再通过图像处理算法和相移器控制算法对热加载前后的激光剪切散班干涉条纹图进行处理，得到相位差图像，最后将相位差图像与原始图像进行融合和配准，实现缺陷位置检测的快速精确定位。

Defect detection system of laser shearing speckle interferometry based on image registration and fusion

The invention discloses a laser shearing speckle interference defect detection system based on image registration and fusion, including laser light source, beam enlargement mirror, beam splitter, splitter, phase shifter, image collector, integrated image processing algorithm and phase shifter control algorithm, and the PC image collector is recorded at the same time with a dual camera. The interferometric fringe pattern and the original image of the measured object are cut before and after the thermal loading, and then the phase difference image is obtained by the image processing algorithm and the phase shifter control algorithm, the phase difference image is obtained. Finally, the phase difference image is fused and registered with the original image. Fast and accurate positioning of current defect location detection.

【技术实现步骤摘要】
基于图像配准及融合的激光剪切散斑干涉缺陷检测系统
本专利技术属于缺陷检测
，更为具体地讲，涉及一种基于图像配准及融合的激光剪切散斑干涉缺陷检测系统。
技术介绍
激光剪切散斑干涉技术具有全场、非接触、对环境抗干扰能力强、高精度，可直接测量被测物体由于内部脱粘等缺陷在热加载条件下激发的表面的位移导数，所以对环境要求比较低，这些特点使得激光剪切散班干涉技术能够走出实验室，广泛应用于航空航天的复合材料的脱粘等微小型内部缺陷。虽然无论从原理还是在实际实验和应用中，该技术被广泛应用于无损检测中，并且取得了很多创新性和突破性的进展，但是目前的研究尤其是在缺陷位置的精确定位方面几乎没有明确的进展，主要研究在缺陷的定性和定量检出以及应用领域方面。激光剪切散班干涉技术能直接测定物体位移的微分，对于应变非常有利.基本原理是结合了一般散斑干涉测量和剪切机理，在一般散斑干涉测量光路的透镜前加上错位元件，通过不同的剪切元件形成剪切散斑。以经典的迈克尔逊干涉仪为例，物体用相干激光照射，借助双折射晶体把一个物点分成像面上的两个像点，从而在照相机的图像传感器上产生一对侧向错位像，物体加载变形前后的两幅散斑图像经CCD采集数字化，经帧存体存入计算机，两幅散斑图相减形形成新的干涉条纹，从干涉条纹图的变化可以判断出物体的内部是否有缺陷。结合新型相移技术提取图像的相位信息，进一步处理可以实现自动快速的缺陷可视化检测。但是目前的研究只是局限于缺陷的检出，并没有在被测物体上实现精确的定位，而精确定位是对于材料结构健康管理预测和估计重要的衡量之一。1982年的《OpticalEngineering》的第21卷3号“Anewopticalmethodforstrainmeasurementandnondestructivetesting”一文中首次提出了将激光剪切散班干涉技术应用于应力检测和无损检测领域，其装置采用的是使用一个带有小楔角的棱镜放置在CCD摄像头前，棱镜大小刚好是CCD摄像头面积的一半，被测物体表面的反射光线经过棱镜形成错位和直接经过CCD摄像头的原像进行剪切干涉。该装置虽然简单，但缺点也非常明显，固定棱镜楔角直接关联剪切角的大小，不灵活，而且引入噪声非常大，灵敏度极低。1996年的《OpticsandLaserinEngineering》的第24卷“Dual-beamphaseShiftShearographyforMeasurementofIn-planeStrains”一文中介绍了一种基于迈克尔逊干涉仪的双光束对称光源单观测的激光剪切散班干涉装置，能够测出面位位移导数梯度，但对于缺陷精确定位的要求无法实现。1999年的《Composites:PartBEngineering》的第30卷“Applicationsofdigitalshearographyfortestingofcompositestructures”一文中采用的基于经典的迈克尔逊干涉仪的单照射源单观测的剪切散班干涉装置，该装置简单易实现，但是只是结果检出，而且如果需要提取相位信息需要结合相移技术，就简单的该装置无法实现缺陷的在线自动实时缺陷检测。1997年的《Meas.Sci.Techno》的第8卷的“Acompactdual-purposecameraforshearographyandelectronicspeckle-patterninterferometry”一文中公布了一种组合电子散班干涉和剪切散班干涉装置的检测系统，该装置可以同时获得被测物体的散班干涉和剪切散班干涉信息，同时获得两种技术的信息，但最大的缺点之一是光路比较复杂，引入外界误差较大；同时光能利用率较低，要求激光器的能量高；另外，也无法实现缺陷位置的精确对比和定位。1999年《AppliedOptics》的第38卷第1号的“Multiwavelengthshearographyforquantitativemeasurementsoftwo-dimensionalstraindistributions”、1999年的《ProceedingofSPIE》的第3744和第3745卷的“Time-division-multiplexed3Dshearography”和“Compactshearographysystemforthemeasurementof3Ddeformation”三篇文章中采用了三个正方形的三个顶点位置光源和单观测的基于迈克尔逊干涉仪的激光剪切散班干涉装置，用于检测物体面内位移梯度，使得各个方向的面内位移梯度都可以测出，但是该装置及其复杂，所以三个光源在照射物体的干涉条纹信息在后期很难做分离，引入的噪声信号也随之增多。1996年的《AppliedOptics》的第5卷第313号的“Quantitativeevaluationofdigitalshearinginterferogramusingthespatialcarriermethod”、2004年的《OpticsandLasersinEngineering》第42卷的“Anewset-upforpulseddigitalshearographyappliedtodefectdetectionincompositestructures”一文中介绍了基于Mach-Zehnder干涉仪装置的激光剪切散班干涉检测系统，结合了空间载波技术，提高缺陷检测的精度，但在复合材料的缺陷准确定位技术上没有进展。2008年的《MeasurementScienceandTechnology》的第19卷的“Surfacestrainmeasurementofrotatingobjectsusingpulsedlasershearographywithcoherentfibre-opticimagingbundles”一文中采用了基于Mach-Zehnder干涉仪的四个相机镜头相干光纤成像检测系统，该系统采用四小的镜头从四个角度采集被测物图像，通过四个光缆同时输送给Mach-Zehnder干涉仪形成剪切干涉图像，最后融合至CCD摄像头的四个角落，再进行条纹图像的分析与处理，提取有用得信息。该装置提高了检测精度，但是缺点非常明显，首先系统建立非常复杂，费用比较昂贵。其次，通过CCD采集的干涉条纹图包含的信息非常复杂繁多，难以进行信号分离，同时也可能引入额外的噪声信息。2014年的博士论文“基于液晶空间光调制器的矢量光场调控研究”、2013年的《JournalofOptoelectronicsLaser》第24卷第6期的“基于液晶空间光调制器的同步移相共光路干涉技术”、2006年的《OpticalEngineering》的第45卷第10号的“Digitalspeckleshearinginterferometerusingaliquid-crystalspatiallightmodulator”这三篇文章都采用了基于空间光调制器的剪切散班干涉装置，该装置确实减少了相位信息获得的时间，提高了光的能量利用率和减少其他光对该系统的干扰，但是空间光调制器非常昂贵，而且在对于缺陷检测的准确定位上并没有涉及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像配准及融合的激光剪切散斑干涉缺陷检测系统，其特征在于，包括：激光光源、扩束镜、分束镜、剪切器、相移器、图像采集器和集成图像处理算法和相移器控制算法的PC机；所述的剪切器包括五五分束镜、相移反射镜和剪切反射镜；所述的图像采集器采用双CCD摄像头，其中CCD1摄像头用于采集原图像，CCD2摄像头用于采集激光剪切散班干涉条纹图像；被测物体在常温状态下，激光光源经过扩束镜扩束后，将激光照射至被测物体的表面，再将被测物体表面的反射光通过分束镜，使光线分成相同等光能量的两束光，其中一束光直接由CCD1摄像头记录，得到原始图像图像；另一束光进入剪切器的五五分束镜，五五分束镜将这束光分成同等光能量的两束光，再分别进入到连接相移器的相移反射镜和剪切反射镜，通过相移器控制相移反射镜的相移，通过剪切镜调节剪切量，从而形成物体表面图像和自身在某方向错位的剪切图像进行干涉，并由CCD2摄像头记录，得到常温状态下被测物表面的四幅具有已知相移信息的激光剪切散班干涉条纹图像；被测物体在热加载状态下，激光光源同样经过扩束镜扩束后，将激光照射至被测物体的表面，再将被测物体表面的反射光通过分束镜，使光线分成相同等光能量的两束光，其中一束光直接由CCD1摄像头记录，得到原始图像；另一束光进入剪切器的五五分束镜，五五分束镜将这束光分成同等光能量的两束光，再分别进入到连接相移器的相移反射镜和剪切反射镜，通过相移器控制相移反射镜产生微小位移从而达到相位移动，通过剪切镜调节剪切量，从而形成物体表面图像和自身在某方向错位的剪切图像进行干涉，并由CCD2摄像头记录，得到热加载状态下被测物表面的四幅具有已知相移信息的激光剪切散班干涉条纹图像；双CCD摄像头分别将两种状态下得到的八幅图像全部传送给PC机，PC机通过自带的相移器控制算法精确控制相移器产生四个已知相移，通过四步相移算法提取常温状态及热加载后两种状态下的激光剪切散班干涉条纹图像的相位图，然后做数值差得到相位差图像，再通过对相位差图像进行自适应阈值滤波和最小二乘法的解包裹算法处理，得到直接反应被测物表面形变位移梯度的激光剪切散班干涉条纹图像的相位差图像，最后随机挑选一幅由CCD1采集的原图像与上述的相位差图像按照CCD分辨率光路系统以及剪切量的比例运算进行配准、融合，实现缺陷检测的精确可视化定位。...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像配准及融合的激光剪切散斑干涉缺陷检测系统，其特征在于，包括：激光光源、扩束镜、分束镜、剪切器、相移器、图像采集器和集成图像处理算法和相移器控制算法的PC机；所述的剪切器包括五五分束镜、相移反射镜和剪切反射镜；所述的图像采集器采用双CCD摄像头，其中CCD1摄像头用于采集原图像，CCD2摄像头用于采集激光剪切散班干涉条纹图像；被测物体在常温状态下，激光光源经过扩束镜扩束后，将激光照射至被测物体的表面，再将被测物体表面的反射光通过分束镜，使光线分成相同等光能量的两束光，其中一束光直接由CCD1摄像头记录，得到原始图像图像；另一束光进入剪切器的五五分束镜，五五分束镜将这束光分成同等光能量的两束光，再分别进入到连接相移器的相移反射镜和剪切反射镜，通过相移器控制相移反射镜的相移，通过剪切镜调节剪切量，从而形成物体表面图像和自身在某方向错位的剪切图像进行干涉，并由CCD2摄像头记录，得到常温状态下被测物表面的四幅具有已知相移信息的激光剪切散班干涉条纹图像；被测物体在热加载状态下，激光光源同样经过扩束镜扩束后，将激光照射至被测物体的表面，再将被测物体表面的反射光通过分束镜，使光线分成相同等光能量的两束光，其中一束光直接由CCD1摄像头记录，得到原始图像；另一束光进入剪切器的五五分束镜，五五分束镜将这束光分成同等光能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海超，段宝妹，任超，白利兵，程玉华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51