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第2期 (总第126期) 机 械 管 理 开 发 2012年4月 No．2(SUMNo．126) MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVEL0PMENT Apr．2012 几种散斑图像位移测量算法的性能分析 赵洪杰 ，刘大亮，樊 莉，刘延平，刘兆斌 ，梁巨峰 ，穆 菁 (首都航天机械公司，北京，100076) 摘 要：基于散斑图像的微位移测量技术，利用微位移模型仿真方法，分别研究了不同噪声水平条件下Dirac法、 IDFT法、MMSE1法、MMSE2法的测量精度，并从计算精度、存储资源、计算效率等角度，综合分析了各种算法的测量 性能。实验结论能为工程应用提供有益参考。 关键词：性能分析；微位移测量；散斑图像 中图分类号：TP317．4 文献标识码：A 文章编号：1003—773X(2012)02—0082-03 0 引 言 当高度相干的激光照射在粗糙表面时，在距离表 面适当远处，来 自该表面上不同单元的相干子波相互 干涉后，就会产生强度分布呈颗粒状的散斑图像。这 些散斑颗粒，虽然相位和实振幅随机，但是随机场的 分布在时间上是稳定的，仅是空间坐标的函数 。因 此 ，散斑图像可被用于设计微位移光学测量设备。 研究发现u。，基于散斑 图像的微位移测量方法 ，具 有对复杂环境适应性强、全场非接触测量、灵敏度较 高、动态测量范围较大等优点。目前，它在位移和应 变测量p、振动与倾斜度分析 、表面粗糙度测量I等领 域获得广泛应用。为了详细了解不同亚像素算法的性 能，能让使用者在选择亚像素测量算法时有所参考， 本文分析了典型的基于散斑图像的微位移测量算法， 并进行实验分析。 E2min∑．一．Il 一、7I／l． (4) 1 基本原理及亚像素微位移测量算法 基于散斑图像的微位移测量方法是利用散斑图像 的灰度分布特征表征位移前后图像上某区域的位移向 量，建立并求解含位移向量的目标函数。如果位移前 的图像为 ，位移后的图像为 墨 ，那么求解 目标 ㈦一 函数的基本前提是 ：即假设客观事物的同一点在运动 Il筹()2j刮、 过程中，保持相同的灰度 ： 《，yl= I+ ，Y+ )． (1) 式中：u，分别为沿 和y方向的位移。式的求解精度 往往要求达到0．0l像素的亚像素级。目前 ，普遍采用 min (纲一一( ㈦ 相位相关法 】、最小均方差法rs1、相位奇点 配法9[1、以 及其它方法”“。 1．1 Dirac法 ， 、 利用傅里叶变换，求得 和 y)的正则化互 、(l董∑『A∑ABT 一)Al AB Bz 相关函数 力，通过有哪些信誉好的足球投注网站互相关函数的峰值坐标， l—／l∑AB∑BIIII莹∑巧巧((一一s,2)3／ll‘‘¨ 可得沿x和y方向的估计位移u和 。无需像数值插值 A = ． B=i』aI．_l』，air 方法 (相关插值法”、灰度插值法 “、相位插值法uI)那 ． 样，消耗巨大的存储空间；Dirac法可通过级数近似，直 接求得亚像素级的位移量： ’RL(1，0) 。髓Lf(1，0)-4-Rs,L(0，0) … (0，1) 。 2 j 收稿 日期：2011—12-12 作者简介：赵洪杰(1973一)，女，辽宁锦州人，高级工程师，本科，研究领域：先进制造技术。 · 82 · 第2期(总第126期) 赵洪杰，等：几种散斑图像位移测量算法的性能分析