CN105716536A - 一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置，属于光电测量技术领域。所述装置包括第一激光器、第二激光器、第一分光镜、第二分光镜、光处理装置、多孔模板和成像装置，所述第一分光镜用于将所述第一激光器发射的第一激光转发给光纤和所述第二分光镜，所述第二分光镜用于接收由所述第二激光器发射的第二激光，并将所述第二激光和所述第一分光镜转发的第一激光发送到所述光处理装置，所述光处理装置用于将接收到的光发射到被测物的表面以生成多路反射光，所述多路反射光通过所述多孔模板发送至所述成像装置。本发明有效减小系统的复杂程度以及提高检测的精度，实现对时变过程三维变形信息的实时动态测量。

Description

一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置

技术领域

本发明涉及光电测量技术领域，具体而言，涉及一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置。

背景技术

数字散斑干涉方法是一种全场、非接触、高精度和高灵敏度的光学测量方法，广泛应用于物体表面的变形测量、振动分析和形貌检测等。利用数字散斑干涉方法实现被测物在单个方向上变形信息的精确测量已经十分成熟，但将其应用于三个方向变形信息的同步测量仍处于发展完善阶段。由于物体表面发生的形变通常都是呈现三维分布，因此如何实现三个方向变形信息的同步测量显得至关重要。现有技术实现的三维数字散斑干涉测量技术方案不仅光路系统设计复杂、操作繁琐，主要基于时间相移技术，增加了系统的复杂程度和检测的不确定性，不能很好地对时变过程三维变形信息进行实时动态测量。

发明内容

本发明提供了一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置，旨在有效减小系统的复杂程度以及提高检测的精度，实现对时变过程三维变形信息的实时动态测量。

第一方面，本发明实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量装置，包括激光源、分光器、光处理装置、多孔模板和成像装置，所述激光源包括第一激光器和第二激光器，所述分光器包括第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜连接有光纤，所述光纤与所述成像装置相连；

所述第一分光镜用于将所述第一激光器发射的第一激光转发给所述光纤和所述第二分光镜，所述第二分光镜用于接收由所述第二激光器发射的第二激光，并将所述第二激光和所述第一分光镜转发的第一激光发送到所述光处理装置，所述第一激光和所述第二激光的波长不同，所述光处理装置用于将接收到的光发射到被测物的表面，所述被测物用于对由所述光处理装置发射的光进行反射以生成多路反射光，所述多路反射光通过所述多孔模板发送至所述成像装置，所述成像装置用于检测所述多路反射光信号。

优选地，所述光处理装置包括反射镜和第一扩束镜，所述反射镜用于接收由所述第二分光镜发射的光，并将所述光发送至所述第一扩束镜，所述第一扩束镜用于将所述光进行扩散后发射至所述被测物的表面，以在所述被测物的表面形成激光散斑场。

优选地，所述同步测量装置还包括多个带通反射组件，所述多个带通反射组件用于根据预设的波长滤除和接收在所述被测物表面形成的激光散斑场，将接收到的所述激光散斑场中的光进行反射。

优选地，所述同步测量装置还包括正四棱锥镜，所述多个带通反射组件用于将接收的激光散斑场中的光反射至所述正四棱锥镜，所述多个带通反射组件均匀间隔设于所述正四棱锥镜的周围，所述正四棱锥镜的各个侧面用于将接收的光反射至所述多孔模板。

优选地，所述光纤还连接有第二扩束镜，所述第二扩束镜用于将所述光纤中汇集的光进行扩散后传输至所述成像装置。

优选地，所述多孔模板设有沿水平方向的第一通孔和沿垂直方向的第二通孔，所述第一通孔用于接收沿水平方向传输的光，所述第二通孔用于接收沿垂直方向传输的光。

第二方面，本发明实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量方法，所述同步测量方法包括：

接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物发生形变后三个方向上的相位信息；

将所述相位信息与预存的变形前的相位信息相减，得到所述被测物变形后的三个方向上位移的相位差，以获得所述被测物变形后的三个方向上的位移信息。

优选地，所述接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向的步骤之前，所述同步测量方法还包括：

接收被测物未发生形变时的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物未发生形变时三个方向上的相位信息。

第三方面，本发明实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量装置，所述同步测量装置包括：

接收模块，用于接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

整合模块，用于将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

变换模块，用于对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述发生形变后三个方向上的相位信息；

计算模块，用于将所述相位信息与预存的变形前的相位信息相减，得到所述被测物变形后的三个方向上位移的相位差，以获得所述被测物变形后的三个方向上的位移信息。

优选地，所述接收模块，还用于接收被测物未发生形变时的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

所述整合模块，还用于将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

所述变换模块，还用于对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物未发生形变时三个方向上的相位信息。

本发明实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置，通过将第一分光镜转发的第一激光和第二分光镜接收的第二激光发送到光处理装置，而光处理装置将接收到的光发射到被测物表面，被测物表面反射的多路光经过多孔模板发送至成像装置，能够有效减小系统的复杂程度以及提高检测的精度。

进一步地，本发明实施例提供的三维数字散斑干涉同步测量方法及装置，通过将被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像，根据傅里叶变换及其反变换得到被测物发生形变后三个方向上的相位信息，并将三个方向上的相位信息与被测物变形前的相位信息进行计算，得到被测物变形后的三个方向上的位移信息，进而能够有效实现对时变过程三维变形信息的实时动态测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应该看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的三维数字散斑干涉同步测量装置的系统框图。

图2是本发明实施方式提供的三维数字散斑干涉同步测量装置的结构示意图。

图3是本发明实施方式提供的一种成像装置的方框示意图。

图4是本发明实施方式提供的一种三维数字散斑干涉同步测量方法的流程图。

图5是本发明实施方式提供的另一种三维数字散斑干涉同步测量方法的流程图。

图6是本发明实施方式提供的另一种成像装置的方框示意图。

图中标记分别为：

激光源100；分光器200；成像装置300；光处理装置400；多孔模板500；光纤600；第一激光器101；第二激光器102；第一分光镜201；第二分光镜202；存储器301；存储控制器302；处理器303；外设接口304；输入输出单元305；音频单元306；显示单元307；接收模块311；整合模块312；变换模块313；计算模块314。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1和图2所示，是本发明较佳实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量装置，所述三维数字散斑干涉同步测量装置可以包括激光源100、分光器200、光处理装置400、多孔模板500和成像装置300。

其中，所述激光源100可以包括第一激光器101和第二激光器102，所述第一激光器101和所述第二激光器102主要作为照明光源以及产生预设波长的激光。所述第一激光器101用于产生第一激光，所述第二激光器102用于产生第二激光。所述第一激光和所述第二激光产生的波长不等，如此设置，有利于所述光处理装置400对光的处理。

进一步地，所述分光器200可以包括第一分光镜201和第二分光镜202。其中，所述第一分光镜201连接有光纤600，所述光纤600可选为单模光纤600。所述第一分光镜201用于将所述第一激光器101发射的第一激光分成两束方向不同的激光。一束激光传送至所述光纤600、另一束激光发送到所述第二分光镜202。所述第二分光镜202还可以接收由所述第二激光器102发射的第二激光。所述第二分光镜202用于将所述第二激光和所述第一分光镜201发送的所述另一束激光发送到所述光处理装置400。

所述光处理装置400用于对接收到的所述第二激光和所述第一分光镜201发送的所述另一束激光进行处理，并将进行处理后的光发射到被测物的表面。而所述被测物用于对由所述光处理装置400进行处理后的发射的光进行漫反射以生成多路反射光。所述多路反射光通过所述多孔模板500发送至成像装置300，以供所述成像装置300进行下一步处理。所述成像装置300可以包括单色成像装置300。

进一步地，所述光处理装置400可以包括反射镜和第一扩束镜。所述反射镜用于接收由所述第二分光镜202发射的光，并将所述光发送至所述第一扩束镜。所述第一扩束镜用于将接收到的所述光进行扩散后发送给所述被测物，以对所述被测物的表面的三维变形信息进行测量。其中，所述第一扩束镜是一种能够改变激光光束的直径和发散角的透镜组件。

进一步地，所述同步测量装置还可以包括多个带通反射组件。可选地，所述多个带通反射组件包括第一带通反射组件、第二带通反射组件、第三带通反射组件和第四带通反射组件。所述第一带通反射组件和所述第三带通反射组件设于相对的位置，所述第二带通反射组件和所述第四带通反射组件设于相对的位置。所述第一带通反射组件和所述第三带通反射组件、所述第二带通反射组件和所述第四带通反射组件用于根据预设的波长对在所述被测物表面形成的激光散斑场进行滤除和接收反射。

进一步地，所述三维数字散斑干涉同步测量装置还可以包括正四棱锥镜。所述多个带通反射组件均匀间隔设于以所述正四棱锥镜为圆心的圆上。所述多个带通反射组件用于将经过反射的光传送至所述正四棱锥镜。所述正四棱锥镜的各个侧面都可以用于反射光。所述正四棱锥镜用于将反射后的光传送至所述多孔模板500。其中所述正四棱锥镜的底面是正方形，侧面为4个全等的等腰三角形且有公共顶点，所述公共顶点在所述底面上的投影是底面的中心，而所述等腰三角形的底边就是所述正方形的边。

进一步地，所述光纤600还连接有第二扩束镜，所述第二扩束镜设于所述光纤600的输出端。所述光纤600用于接收由所述第一分光镜201发射的光，并将所述光进行汇集。所述第二扩束镜用于将所述光纤600中汇集的光传输至所述成像装置300。所述第二扩束镜输出的光为多束光。所述多束光经过所述成像装置300处理之后可作为参考光。

其中，所述多孔模板500设有第一通孔和第二通孔。所述第一通孔可以包括两个通孔，所述两个通孔沿水平方向进行设置。所述第二通孔也可以包括两个通孔，所述两个通孔沿垂直方向进行设置。所述第一通孔只用于接收沿水平方向传输的光并滤除其它方向上的光。所述第二通孔只用于接收沿垂直方向传输的光并滤除其它方向上的光。如此设置，使得所述成像装置300能够精确地获取所述被测物在三个方向上的形变信息。

如图3所示，是所述成像装置300的方框示意图。所述成像装置300包括存储器301、存储控制器302、处理器303、外设接口304、输入输出单元305、音频单元306、显示单元307。

所述存储器301、存储控制器302、处理器303、外设接口304、输入输出单元305、音频单元306、显示单元307各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述处理器303用于执行存储器301中存储的可执行模块。

其中，存储器301可以是，但不限于，随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)，只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(ElectricErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器301用于存储程序，所述处理器303在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器303中，或者由处理器303实现。

处理器303可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器303可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器303也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口304将各种输入/输入装置耦合至处理器303以及存储器301。在一些实施例中，外设接口304，处理器303以及存储控制器302可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

输入输出单元305用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。所述输入输出单元305可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

音频单元306向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。

显示单元307在所述服务器(或本地终端)与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元307可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器303进行计算和处理。

如图4所示，是本发明较佳实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量方法，所述同步测量方法包括：

S101：接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向。

其中，所述三个方向组成一个空间直角坐标系。所述成像装置300用于接收所述被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像。

S102：将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像。

如此整合的目的是为了便于对所述散斑干涉图像进行整体计算，简化运算的复杂度。

S103：对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物发生形变后三个方向上的相位信息。

其中，对整合后的所述散斑干涉图像进行傅里叶变换，以获得在频域中对应于所述三个方向变形信息的散斑干涉图像的频谱信息。并设置与所述频谱信息相对应的带通滤波器，以对所述频谱进行滤波处理，输出无干扰的频谱。在所述频谱中提取出所述被测物变形后在所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数。对所述频谱参数进行傅里叶反变换后得到复振幅。通过所述复振幅获得发生变形后所述三个方向上的相位信息。

S104：将所述相位信息与预存的变形前的相位信息相减，得到所述被测物变形后的三个方向上位移的相位差，以获得所述被测物变形后的三个方向上的位移信息。

如图5所示，是本发明较佳实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量方法，在步骤S101之前，还包括：

S201：接收被测物未发生形变时的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向。

其中，所述三个方向组成一个空间直角坐标系。所述成像装置300用于接收所述被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像。

S202：将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像。

如此整合的目的是为了便于对所述散斑干涉图像进行整体计算，简化运算的复杂度。

S203：对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物未发生形变时三个方向上的相位信息。

其中，对整合后的所述散斑干涉图像进行傅里叶变换，以获得在频域中对应于所述三个方向未发生变形时的散斑干涉图像的频谱信息。并设置与所述频谱信息相对应的带通滤波器，以对所述频谱进行滤波处理，输出无干扰的频谱。在所述频谱中提取出所述被测物变形后在所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数。对所述频谱参数进行傅里叶反变换后得到复振幅。

具体实施时，令所述成像装置300记录的被测物变形前三个方向耦合的散斑干涉图像的强度为I(x,y)，对其进行傅里叶变换得到耦合散斑干涉图像的空间频谱FT[I(x,y)]：

FT[I(x,y)]＝A(f_x,f_y)+B(f_x-f_0x,f_y)+B^*(f_x+f_0x,f_y)+

C(f_x-f_0x-f_cx,f_y)+C^*(f_x+f_0x+f_cx,f_y)+

D(f_x,f_y-f_0y)+D^*(f_x,f_y+f_0y)(1)

式(1)中，空间频谱A(f_x,f_y)以(f_x＝0，f_y＝0)为中心，携带背景信息；B(f_x-f_0x,f_y)和B^*(f_x+f_0x,f_y)互为共轭项，分别以(f_x＝f_0x，f_y＝0)和(f_x＝-f_0x，f_y＝0)为中心，其含有被测物变形前x方向的随机相位信息；D(f_x,f_y-f_0y)和D^*(f_x,f_y+f_0y)互为共轭项，分别以(f_x＝0，f_y＝f_0y)和(f_x＝0，f_y＝-f_0y)为中心，其含有被测物变形前y方向的随机相位信息；C(f_x-f_0x-f_cx,f_y)和C^*(f_x+f_0x+f_cx,f_y)互为共轭项，分别以(f_x＝f_0x+f_cx，f_y＝0)和(f_x＝-f_0x-f_cx，f_y＝0)为中心，其含有被测物变形前z方向的随机相位信息。f_0x、f_0y和f_cx分别为多孔模板500正交方向载波频率和光纤600载波频率。

通过设置通频窗口进行带通滤波处理，A(f_x,f_y)、B^*(f_x+f_0x,f_y)、D^*(f_x,f_y+f_0y)和C^*(f_x+f_0x+f_cx,f_y)被滤除。B(f_x-f_0x,f_y)向频谱原点移动f_0x消除载波后变为B(f_x,f_y)，对B(f_x,f_y)进行傅里叶反变换将得到被测物变形前x方向的随机相位信息；D(f_x,f_y-f_0y)向频谱原点移动f_0y消除载波后变为D(f_x,f_y)，对D(f_x,f_y)进行傅里叶反变换将得到被测物变形前y方向的随机相位信息；C(f_x-f_0x-f_cx,f_y)向频谱原点移动f_0x+f_cx消除载波后变为C(f_x,f_y)，对C(f_x,f_y)进行傅里叶反变换将得到被测物变形前z方向的随机相位信息。

令被测物变形前x、y和z方向的随机相位信息分别为φ_x(x,y)、φ_y(x,y)和φ_z(x,y)，则有

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_x(x,y)=\arctan \{\mathrm{Im}\[b(x,y)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0x}\right)\]/\mathrm{Re}\[b(x,y)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0x}\right)\]\}-2{\mathrm{\πf}}_{0x}\\ {\mathrm{\φ}}_y(x,y)=\arctan \{\mathrm{Im}\[d(x,y)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0y}\right)\]/\mathrm{Re}\[d(x,y)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0y}\right)\]\}-2{\mathrm{\πf}}_{0y}\\ {\mathrm{\φ}}_z(x,y)=\arctan \{\mathrm{Im}\[c(x,y)\exp \left(j2\mathrm{\π}\right(f_{0x}+f_{cx}\left)\right)\]/\mathrm{Re}\[c(x,y)\exp \left(j2\mathrm{\π}\right(f_{0x}+f_{cx}\left)\right)\]\}\\ -2\mathrm{\π}(f_{0x}+f_{cx})\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中：

b(x,y)exp(j2πf_0x)＝FT^-1[B(f_x-f_0x,f_y)]d(x,y)exp(j2πf_0y)＝FT^-1[B(f_x,f_y-f_0y)]

c(x,y)exp(j2π(f_0x+f_cx))＝FT^-1[C(f_x-f_0x-f_cx,f_y)]

其中FT^-1[·]为傅里叶反变换运算，Im[·]为取虚部运算，Re[·]为取实部运算。

令被测物变形后x、y和z方向的随机相位信息分别为φ_x'(x,y)、φ_y'(x,y)和φ_z'(x,y)，同样按照上述过程分别获得φ_x'(x,y)、φ_y'(x,y)和φ_z'(x,y)，则被测物变形前后x、y和z方向相位差δ_u(x,y)、δ_v(x,y)和δ_w(x,y)可表示为

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_u(x,y)={{\mathrm{\φ}}_x}^{\′}(x,y)-{\mathrm{\φ}}_x(x,y)\\ {\mathrm{\δ}}_v(x,y)={{\mathrm{\φ}}_y}^{\′}(x,y)-{\mathrm{\φ}}_y(x,y)\\ {\mathrm{\δ}}_w(x,y)={{\mathrm{\φ}}_z}^{\′}(x,y)-{\mathrm{\φ}}_z(x,y)\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)表示的即为被测物在x、y和z方向上的变形信息。

如图6所示，是本发明较佳实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量装置。所述同步测量装置可以包括接收模块311、整合模块312、变换模块313和计算模块314。其中：

所述接收模块311用于接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向。关于所述接收模块311的描述具体可参照对图3中步骤S101、图4中步骤S201的描述。也即，所述步骤S101、S201可以由所述接收模块311来执行。

所述整合模块312用于将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像。其中，关于所述整合模块312的描述具体可参照对图3中步骤S102、图4中步骤S202的描述。也即，所述步骤S102、S202可以由所述接收模块311来执行。

所述变换模块313用于对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物在三个方向上的相位信息。其中，关于所述变换模块313的描述具体可参照对图3中步骤S103、图4中步骤S203的描述。也即，所述步骤S103、S203可以由所述变换模块313来执行。

所述计算模块314用于将所述相位信息与预存的变形前的相位信息相减，得到所述被测物变形后的三个方向上位移的相位差，以获得所述被测物变形后的三个方向上的位移信息。其中，关于所述计算模块314的描述具体可参照对图3中步骤S104的描述。也即，所述步骤S104可以由所述变换模块313来执行。

本发明实施例提供的一种三维数字散斑干涉同步测量方法及装置，通过将第一分光镜转发的第一激光和第二分光镜接收的第二激光发送到光处理装置，而光处理装置将接收到的光发射到被测物表面，被测物表面反射的多路光经过多孔模板发送至成像装置，能够有效减小系统的复杂程度以及提高检测的精度。

进一步地，通过将被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像，根据傅里叶变换及其反变换得到被测物发生形变后三个方向上的相位信息，并将三个方向上的相位信息与被测物变形前的相位信息进行计算，得到被测物变形后的三个方向上的位移信息，进而能够有效实现对时变过程三维变形信息的实时动态测量。

需要说明的是，在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，包括激光源、分光器、光处理装置、多孔模板和成像装置，所述激光源包括第一激光器和第二激光器，所述分光器包括第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜连接有光纤，所述光纤与所述成像装置相连；

所述第一分光镜用于将所述第一激光器发射的第一激光转发给所述光纤和所述第二分光镜，所述第二分光镜用于接收由所述第二激光器发射的第二激光，并将所述第二激光和所述第一分光镜转发的第一激光发送到所述光处理装置，所述第一激光和所述第二激光的波长不同，所述光处理装置用于将接收到的光发射到被测物的表面，所述被测物对由所述光处理装置发射的光进行反射以生成多路反射光，所述多路反射光通过所述多孔模板发送至所述成像装置，所述成像装置用于检测所述多路反射光信号。

2.根据权利要求1所述的三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，所述光处理装置包括反射镜和第一扩束镜，所述反射镜用于接收由所述第二分光镜发射的光，并将所述光发送至所述第一扩束镜，所述第一扩束镜用于将所述光进行扩散后发射至所述被测物的表面，以在所述被测物的表面形成激光散斑场。

3.根据权利要求2所述的三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，所述同步测量装置还包括多个带通反射组件，所述多个带通反射组件用于根据预设的波长滤除和接收在所述被测物表面形成的激光散斑场，将接收到的所述激光散斑场中的光进行反射。

4.根据权利要求3所述的三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，所述同步测量装置还包括正四棱锥镜，所述多个带通反射组件用于将接收的激光散斑场中的光反射至所述正四棱锥镜，所述多个带通反射组件均匀间隔设于所述正四棱锥镜的周围，所述正四棱锥镜的各个侧面用于将接收的光反射至所述多孔模板。

5.根据权利要求1所述的三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，所述光纤还连接有第二扩束镜，所述第二扩束镜用于将所述光纤中汇集的光进行扩散后传输至所述成像装置。

6.根据权利要求1所述的三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，所述多孔模板设有沿水平方向的第一通孔和沿垂直方向的第二通孔，所述第一通孔用于接收沿水平方向传输的光，所述第二通孔用于接收沿垂直方向传输的光。

7.一种三维数字散斑干涉同步测量方法，其特征在于，所述同步测量方法包括：

接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物发生形变后三个方向上的相位信息；

将所述相位信息与预存的变形前的相位信息相减，得到所述被测物变形后的三个方向上位移的相位差，以获得所述被测物变形后的三个方向上的位移信息。

8.根据权利要求7所述的三维数字散斑干涉同步测量方法，其特征在于，所述接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向的步骤之前，所述同步测量方法还包括：

接收被测物未发生形变时的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物未发生形变时三个方向上的相位信息。

9.一种三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，所述同步测量装置包括：

接收模块，用于接收被测物发生形变后的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

整合模块，用于将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

变换模块，用于对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述发生形变后三个方向上的相位信息；

计算模块，用于将所述相位信息与预存的变形前的相位信息相减，得到所述被测物变形后的三个方向上位移的相位差，以获得所述被测物变形后的三个方向上的位移信息。

10.根据权利要求9所述的三维数字散斑干涉同步测量装置，其特征在于，

所述接收模块，还用于接收被测物未发生形变时的三个方向上的数字散斑干涉图像，所述三个方向包括水平面中相互垂直的两个方向以及与所述水平面垂直的一个方向；

所述整合模块，还用于将所述三个方向上的数字散斑干涉图像整合于一幅散斑干涉图像；

所述变换模块，还用于对整合后的散斑干涉图像进行傅里叶变换并根据预设的频带对其进行滤波，提取所述三个方向上的反射光的复振幅的频谱参数，对所述频谱参数进行傅里叶反变换得到复振幅，根据所述复振幅的相位获得所述被测物未发生形变时三个方向上的相位信息。