为了改进传统多尺度变换滤波在电子散斑干涉(ESPI)条纹图中去噪效果和边缘细节保护不理想问题, 提出改进非下采样轮廓波(NSCT)滤波算法。采用离散平稳小波变换和NSCT变换模型, 联合非线性扩散和改进的快速非局部均值滤波算法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了将本文中算法应用于模拟和实验ESPI条纹图滤波效果定量分析的数据。结果表明, 本文中的算法在模拟ESPI条纹图和实验图相比其它算法散斑指数最小分别为0.41121, 0.38043, 0.35362, 对应峰值信噪比最大; 该算法在提升去噪能力的同时, 能够更好地恢复条纹细节信息。研究结果为以后应用多尺度变换滤波在ESPI条纹图打下了基础。

介绍了变分图像分解图像处理方法的基本原理、常用的函数空间及变分图像分解模型。回顾了近几年变分图像分解图像处理方法在电子散斑干涉(ESPI)信息提取技术中的应用成果, 包括应用变分图像分解图像处理方法实现ESPI条纹图的滤波处理、ESPI条纹图方向和密度的计算和ESPI条纹图骨架线的提取。介绍了这些方法相较于传统方法的优势, 并进一步展望了变分图像分解图像处理方法在光测技术中的发展趋势。

为解决传统相位解包裹法不能够用于非连续表面的动态变形测量的缺点, 在详细阐述基于时空三维相位解包裹技术的数字散斑干涉术的工作原理和测量步骤基础上, 应用数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹测量非连续表面动态变形.实验证明, 当采用每秒70帧的普通相机拍照时, 可实现最快形变速率为25.12 μm/s的非连续表面动态变形测量.本文所提方法扩展了数字散斑干涉术的测量范围, 增强其应用能力.

结合正弦/余弦(sin/cos)滤波技术提出了依据散斑相位条纹图的条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向,依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口,对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波,再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明,该滤波法能有效保护条纹相位跳变信息,对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图,仍能进行有效的条纹滤波处理,滤波后的相位条纹图更逼近于原始条纹走向。

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。

电子散斑干涉技术(ESPI)中，基于偏微分方程(PDE)的滤波模型是一种重要的滤波方法。偏微分方程滤波模型中的微分算符通常利用差分近似表示。给出了中心差分、九点差分、高阶差分三种不同的差分格式。以典型有效的方向二阶偏微分方程滤波模型为例，分别利用三种不同的差分格式近似滤波模型中的微分算符，通过模拟条纹图、相位图以及实验条纹图进行了分析研究，结果表明，对于密度变化特别大的条纹图，采用高阶差分格式能够更好地平衡高密度区域和稀疏密度区域的滤波效果，九点差分和中心差分格式需要使用均值滤波做进一步的处理，中心差分格式处理速度最快，高阶差分格式次之，九点差分格式则最慢。

电子散斑干涉技术(ESPI)测量物体变形时，初始载荷下采集的散斑图像呈现出粗宽分布，提出了一种基于径向基函数的粗宽条纹图滤波方法。介绍了基于径向基函数平滑插值的滤波原理，分析了该滤波方法的参数选取问题。通过模拟散斑条纹图与典型的方向二阶偏微分方程(PDE)滤波模型、窗傅里叶滤波(WFF)模型进行比较，该滤波方法获得的峰值信噪比(PSNR)高于其他两种方法，对低质量粗宽条纹图滤波效果良好。进一步利用该方法对一幅实验获得的散斑条纹图进行了滤波。以上研究结果表明，基于径向基函数平滑插值的滤波方法能够有效地对电子散斑干涉粗条纹图进行滤波处理。

采用离面位移测量精度达到10 nm~20 nm的电子散斑干涉测量系统验证了双目视觉数字散斑相关测量系统的离面位移测量精度。分别用电子散斑干涉测量系统和双目视觉数字散斑相关测量系统同时测量了平板离面位移，并对所测量的位移最大值进行了分析处理及比较。结果表明，双目视觉数字散斑相关测量系统的物体离面位移分布云图与电子散斑干涉测量系统的结果基本相同，且两者位移均方根相差为2.76 μm~3.56 μm，相对误差为4.59%~7.60%。因此，当被测量物体的离面位移大于4 μm时，双目视觉Q400测量系统精度可达到电子散斑干涉测量系统的精度。

为准确测量金属表面的受热形变, 基于激光电子散斑干涉测量原理搭建了实验平台, 实现了对金属受热形变的测量, 经过数字图像处理, 得到了金属表面形变的三维图形。为了优化测量效果, 依托现有条件对所用激光光源进行了处理, 并比对了不同粗糙度的物体测量效果。结果表明, 使用经小孔滤波处理后的激光光源, 可以得到效果更好的散斑图, 而且粗糙的物体散斑对比度较高, 可以有更高的测量准确度。所做工作可为测量金属表面形变提供实验方法, 同时为提高散斑测量精度提供参考依据。

采用对离面位移敏感的单束激光照明散斑干涉光路，将数字散斑相关法和电子散斑干涉术结合起来测量物体的三维变形。在无参考光时采集一幅物体变形前的散斑图，加入参考光并实现散斑干涉，结合相移技术测量物体离面位移。去掉参考光再采集一幅物体变形后的散斑图。对物体变形前后的散斑图进行散斑相关运算，得到二维面内位移分量，实现三维变形测量。对三点弯曲梁进行了实验，结果表明，该方法可以测量变形场的三个位移分量，具有光路简单、易操作的优点。