1、激光散斑及其应用散斑：散斑：当空间相干性和时间相干性均很好的激光通过光学粗糙表面当空间相干性和时间相干性均很好的激光通过光学粗糙表面反射或透过光学粗糙的漫射板散射时，会在其表面以及附近反射或透过光学粗糙的漫射板散射时，会在其表面以及附近产生随机斑点式的强度分布，这种分布称为激光散斑。产生随机斑点式的强度分布，这种分布称为激光散斑。有害的影响：有害的影响：在实现相干成像、相干光学图像处理以及光学全息再现时，在实现相干成像、相干光学图像处理以及光学全息再现时，散斑作为一种有害的东西出现在输出图像上，影响分辨率，散斑作为一种有害的东西出现在输出图像上，影响分辨率，降低了像质。降低了像质。利用：利用：
2、散斑由于其特殊性质，已在图像处理、干涉计量、天文测量散斑由于其特殊性质，已在图像处理、干涉计量、天文测量等领域得到广泛应用，在光学中已经形成一个重要分支。等领域得到广泛应用，在光学中已经形成一个重要分支。激光散斑激光散斑及其应用激光散斑及其应用激光散斑的统计性质激光散斑的统计性质 激光散斑的一阶统计激光散斑的一阶统计(强度分布规律）强度分布规律）散斑图样的二阶统计散斑图样的二阶统计(散斑斑尺寸散斑斑尺寸)散斑照相散斑照相散斑干涉计量散斑干涉计量电子散斑电子散斑散斑分类散斑分类自由空间散斑自由空间散斑像面散斑像面散斑激光散斑的强度分布规律激光散斑的强度分布规律P P点的强度分布为点的强度分布为散
3、斑的可见度散斑的可见度强度服从负指数分布。暗斑数一定多于亮斑数。强度服从负指数分布。暗斑数一定多于亮斑数。激光散斑的强度分布规律激光散斑的强度分布规律自由空间散斑的斑纹尺寸自由空间散斑的斑纹尺寸横向平均尺寸横向平均尺寸纵向平均尺寸纵向平均尺寸像面散斑的平均直径像面散斑的平均直径当漫射面位于物方无穷远这个尺寸和爱里斑衍射图样的中央亮斑是同一数量级当漫射面位于物方有限远散斑照相测量面内位移散斑照相测量面内位移物物面面位位移移散散斑斑位位移移两次曝光记录两次曝光记录全息干板上记录的强度分布为两次曝光记录的两个散斑全息干板上记录的强度分布为两次曝光记录的两个散斑图样强度之和，即图样强度之和，即显影定影
4、之后，全息干板显影定影之后，全息干板H的复振幅透过率正比于曝光光强的复振幅透过率正比于曝光光强焦平面上的复振幅分布焦平面上的复振幅分布两次曝光记录两次曝光记录忽略焦点处的这一亮点。焦平面上其它位置的光强分布为忽略焦点处的这一亮点。焦平面上其它位置的光强分布为测得条纹间距测得条纹间距e e便可求出物体的位移量便可求出物体的位移量a a底片连续移动记录底片连续移动记录多次曝光记录多次曝光记录测量纵向位移（测量纵向位移（记录）在像面内在像面内散斑散斑的位移，以中心的位移，以中心0 0对称对称测量纵向位移（观察）测量纵向位移（观察）观察屏上得到受牛顿环干涉纹调制的散斑图样观察屏上得到受牛顿环干涉纹调制
5、的散斑图样散斑散斑干涉仪干涉仪1参考光与散斑场的干涉参考光与散斑场的干涉两个斑纹场的干涉两个斑纹场的干涉散斑干涉仪散斑干涉仪2散斑干涉计量：散斑强度分布的概率密度函数曲线散斑强度分布的概率密度函数曲线曲线曲线a a代表单独的代表单独的散斑散斑场。场。曲线曲线b b代表斑纹场与参考波叠加产生的新代表斑纹场与参考波叠加产生的新散斑散斑场。场。曲线曲线c c是非相干叠加的两是非相干叠加的两散斑散斑场。场。散斑干涉法测量散斑干涉法测量位移位移或或变形变形 1实时法实时法 在散射体位移或形变前在散射体位移或形变前先先拍照一张散斑图样，经拍照一张散斑图样，经显影定影后将底片精确复位。当漫射体移动时产显影定
6、影后将底片精确复位。当漫射体移动时产生的新的斑纹图再投射到负片上，就可比较相关生的新的斑纹图再投射到负片上，就可比较相关程度。像面上产生程度。像面上产生“散斑相关条纹散斑相关条纹”，这种条纹，这种条纹称为称为等位移等位移线。线。2双曝光法双曝光法 将散射体位移前后各曝光一次，在一张底片上记将散射体位移前后各曝光一次，在一张底片上记录下两个散斑图，底片上总的曝光光强是两个散录下两个散斑图，底片上总的曝光光强是两个散斑图的强度叠加。斑图的强度叠加。电子散斑干涉电子散斑干涉散斑干涉干涉图样的计算机处理1、图像相减2、预处理(滤波、分割、二值化和细化)3、条纹的识别和计算散斑图样的预处理散斑图样的预处
7、理1、滤波；2、图像分割；3、图像二值化；4、条纹细化滤波滤波原始原始散斑图样的预处理图像分割图像分割图像二值化图像二值化条纹细化条纹细化从激光散斑纹理中提取表面粗糙度信息从激光散斑纹理中提取表面粗糙度信息 Ra=0.05m 0.1m 0.2m 0.4m 0.8m 1.6m 0102030405060012345x 10-3pixel offset:dEnergy04590135010203040506000.511.522.53x 104pixel offset:dContrast0459013501020304050600123456pixel offset:dCorrelation04590135对比度（contrast）相关性(correlation)能量(energy)04590135粗糙度Ra=0.1m的磨削表面激光散斑纹理图案的共生矩阵特征参数曲线、和纹理特征某参数k与表面粗糙度的关系 0 0.20.40.60.81 1.21.41.63.54 4.55 5.56 6.5aRk
