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摘要在激光散斑衬比成像中，由于有限的散斑尺寸大小，总是面临空间平均的问题。本文拟利用数值分析的方法来分析空间平均对散斑衬比度的影响。介绍了激光散斑相关基础理论、基于Copula法模拟散斑图像以及对数据处理的散斑衬比分析方法，并在MATLAB中模拟具有相关性的散斑图像序列。对模拟散斑图像在时间轴上平均，获得模拟数据并进行拟合绘图。经过对模拟结果分析，空间平均将导致散斑衬比度降低，引入校准因子β能在远小于CCD像素尺寸下有效的消除这种影响，而不会影响测量散斑颗粒运动速度的相关变化。32766
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关键词 散斑衬比 散斑尺寸 空间平均效应
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Effect of spatial averaging effect on the ratio of speckle contrast
Abstract
In laser speckle contrast imaging, because of the limited speckle size, there is always a problem of the spatial averaging. This paper using the method of numerical analysis to analyze the spatial averaging effect on the speckle contrast. Basic theories of laser speckle, simulated scattered speckle images based on Copula method and data processing of speckle contrast analysis method are presented in this paper, and speckle image sequences with correlation are simulated in MATLAB in the later works. The simulated speckle images are averaged over the time axis, and the simulation obtained and fitted. After analysis of the simulation results, spatial averaging would lead to a decrease in speckle contrast ratio. The corrected factor β can effectively eliminate the influence even the speckle size is smaller than the CCD pixel, and it will not affect the correlation of the velocity of the speckle particles.
Keywords Speckle contrast Speckle size Spatial average effect
目 次
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 激光散斑成像的研究概况 1
1.3 研究目的 2
1.4 主要内容 2
2 理论基础 4
2.1 散斑成因及类型 4
2.2散斑统计特性 4
2.3散斑衬比度定义 5
2.4激光散斑衬比成像原理 5
2.5 Copula方法模拟散斑图像 5
2.6 散斑空间、时间衬比分析方法 7
3 MATLAB模拟时间积分的动态散斑图像 9
3.1 模拟散斑图像 9
3.2 数据处理 9
3.3数据分析 12
结 论 13
致 谢 14
参考文献15
附录A 模拟散斑生成的程序代码 17
1 绪论
1.1 研究背景
在各种光学实验的过程中，散斑现象被普遍观察到，因此在早期便引起人们的关注。十七世纪，牛顿研究恒星闪烁而行星不闪烁现象，说明散射光的干涉；十九世纪后期，发现牛顿漫射环及夫琅禾费衍射环现象；在二十世纪初，劳厄在夫琅禾费衍射环内发现散斑结构并系统的总结其统计特性，例如，二阶概率密度函数和强度自相关函数的推导等[1]。
自从1960年激光器问世，散斑现象的研究日益深入而广泛，研究人员在光学实验过程中常常发现一种现象：当具有高相干性的激光照射在粗糙物体表面时，在该粗糙物体表面或近光场中可观察到随机分布的明暗相间的颗粒状图案[2]。这种现象就是激光散斑现象。
散斑的存在，使得图像的细节成像质量降低，在相干光照射下无法清晰的分辨，而激光散斑现象又是普遍存在的，研究人员饱受激光散斑现象的影响，它严重影响了成像时的分辨能力[1]。最初，研究人员都集中于抑制这种干扰，采用的方法是试图分别用时间、空间部分相干光照明等方法来消弱散斑现象。随着研究的深入，散斑的一些特殊性质被发现，如散斑携带了激光以及激光通过的粗糙物体的大量信息，借助散斑获取这些信息的技术就是散斑技术。时至今日，激光散斑的发展迅速，在工业测量、图像处理、天文物理和生命科学等诸多多领域有良好表现。例如，基于散斑的衬比度原理测量物体表面粗糙度[3]，使用散斑的动态测量法获取物体的运动信息，用散斑图像进行光学图像信息的处理，应用星体散斑干涉量度术[4]避免大气扰动而获取具有高分辨率的星体图像，基于散斑衬比成像原理发展与改进测量血流变化方法的成像系统，对种子的生长状态进行监测等。