[发明专利]一种数字散斑干涉系统光阑狭缝尺寸的选取方法

说明书

本发明提出了一种应用于活性生物材料应变检测的数字散斑干涉系统光阑狭缝尺寸的选取方法，通过评估计算散斑干涉图像稳定性、信息量与干涉系统光阑狭缝尺寸的约束关联，实现对激光散斑干涉系统光阑狭缝最优尺寸的选取，以满足散斑剪切散斑干涉系统直接应用于空气环境下活性生物材料动态加载应变检测。本发明所获取的最优光阑狭缝尺寸，可使系统在满足形变前、后散斑相位图像的强相关性的基础上获取信息量最大，从而获取最佳的相位图，为实现散斑剪切散斑干涉系统应用于生物活性材料动态加载形变检测提供保证。

技术领域

本发明涉及一种应用于生物活性材料应变检测的数字散斑干涉系统光阑狭缝尺寸的选取方法，属于激光检测技术领域。

背景技术

对截肢的患者和全关节替换的患者而言，提高假体的性能还存在着种种的困难。在现有装置中，最重要的问题是硬度较高的金属和较柔软骨骼表面的生物界面相互作用力的适配问题。所以，对生物活性材料应变分布检测及评价具有重要的实际意义和价值。而采用传统的三维有限元分析方法，通常需要预知其正确的边界条件和力学参数，并通过精确测量来加以验证。因此，对生物材料与植入物界面的动态加载应变测量是十分重要的。然而，生理环境下生物活性表面存在大量液体分子等做永不停息的随机运动，检测表面的去湿过程会使骨骼生理表面的薄膜出现大量的膜破裂、膜收缩等现象，这些变化均会导致散斑及其不稳定，进而引起目前的激光散斑干涉系统(DSPI)获取的系统形变前、后的散斑干涉图像的去相关现象严重，甚至无法检测到形变的相位信息。因此，对于活性生物材料的DSPI检测来说，如何获取稳定的散斑干涉图像以满足形变前、后散斑相位图像的相关性，同时又能从散斑图像中获取足够的信息量是精确检测形变的前提条件。根据散斑干涉成像机理，散斑图像的稳定性受制于散斑的颗粒尺寸，而散斑的颗粒尺寸可通过调控散斑干涉系统的光阑狭缝尺寸来调制。对于非活性材料的应变检测，在满足奈奎斯特定理和光谱分离的条件下，利用尽可能小尺寸的散斑可以获得更高信息量、更高质量的散斑图案。但对于活性生物材料，不同活性的检测对象其最佳散斑尺寸不同。小尺寸的散斑更容易引起散斑图的不稳定，导致变形前和变形后散斑图之间的去相关，从而无法获取精确的形变信息。因此，在选择散斑尺寸时，需要考虑获取散斑图像稳定性和信息容量之间的平衡关系，以实现DSPI的检测要求。

发明内容

本发明的目的是：实现生理环境下生物材料界面散斑稳定性及散斑图像的信息量的评估，得到反射介质活性、散斑颗粒参数与激光散斑稳定性关系及其对干涉相位图相关性、信息的量值之间的关系，解决表面水分子随机波动及液体超薄膜的变化对散斑测量技术应用于生物活性材料应变检测带来干扰和影响，解决生理成像环境下水分子随机运动对散斑的去相关效应，实现生物活性材料散斑稳定性和其信息的量值之间的平衡。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种数字散斑干涉系统光阑狭缝尺寸的选取方法，其特征在于，通过评估散斑干涉图像的质量，实现对激光散斑干涉系统光阑狭缝尺寸选取，以实现数字散斑干涉系统有效应用于活性生物材料动态加载应变检测，散斑干涉图像的质量的评价指标包括散斑干涉图像的稳定性和对比度，通过图像稳定性参数及对比度参数，构建光阑狭缝最优尺寸选择模型，包括以下步骤：

(1)控制光阑的狭缝尺寸来调整散斑的颗粒尺寸并对散斑稳定性进行定量评估，散斑干涉图像稳定性评估方法是建立其时间序列散斑干涉图像并在推算其共生矩阵基础上，计算出其差异绝对值的均值AVD，从而对某一时间段散斑稳定性进行定量评估并建立散斑干涉系统的光阑狭缝尺寸与散斑干涉图像稳定性的关系模型；

所述调散斑的颗粒尺寸σ(M,λ,f,D)是通过调控散斑干涉系统的光阑狭缝尺寸来实现，其中，M是光学放大倍数，f是镜头的焦距，λ是激光器的波长，而D是成像系统的光阑狭缝尺寸。根据散斑干涉成像机理，通过选取不同成像系统的光阑狭缝大小，来控制获取散斑颗粒参数，最终实现散斑图像的稳定性的调控；