基于振幅相关系数的振动环境下散斑干涉测量相位恢复方法及其噪声抑制研究

针对振动环境下散斑干涉测量（SPI）中因平面位移导致的散斑场失相关（decorrelation）问题，本研究提出基于振幅相关系数的平面振动补偿方法，通过准直照明与远心成像系统消除角度变化引起的噪声，结合空间载波法提取变形前后复振幅，实验验证该方法可显著提升条纹质量并降低噪声，为工业现场振动干扰下的高精度测量提供新方案。

　　

在工业检测和精密测量领域，散斑图案干涉测量（Speckle Pattern Interferometry, SPI）因其非接触、高灵敏度的特性被广泛应用。然而，环境振动导致的平面位移会引发散斑场几何错位，当位移超过散斑相关长度时，将造成严重的失相关（decorrelation）噪声。传统解决方案如超长波长CO₂激光（10.6 μm）或超短脉冲激光（9 ns）虽能降低振动敏感性，但存在红外探测器分辨率不足或成本高昂的缺陷。此外，现有位移测量方法（如数字图像相关DIC）多聚焦于位移量化而非噪声抑制，且依赖周期性振动假设，适用性受限。

为解决上述问题，研究人员开展了一项创新性研究。通过构建准直照明与远心成像系统，从光学设计层面消除因物体平移导致的照明与观测角度变化；提出基于振幅相关系数的平面位移快速估计算法，结合空间载波法提取复振幅，实现振动干扰下的实时补偿。实验采用高精度平移台（分辨率0.5 μm）和旋转台验证，结果表明该方法能有效恢复散斑场相关性，条纹对比度提升显著。相关成果发表于《Optics and Lasers in Engineering》，为复杂振动环境下的SPI测量提供了经济高效的解决方案。

关键技术包括：1）准直照明与远心成像系统构建；2）空间载波相位提取技术；3）基于振幅相关系数的位移估计算法；4）使用532 nm激光与2448×2048分辨率相机搭建光学平台；5）圆柱光学平板样本的高精度位移控制。

Method
研究指出振动引发的平面位移会导致散斑场几何错位和视角缩短（perspective foreshortening），传统方法难以同时解决二者。通过理论推导证明准直照明可固定照明角度，远心成像则消除观测角度变化，从而仅保留几何位移影响。振幅相关系数定义为变形前后散斑振幅场的归一化互相关峰值，其不受离面变形干扰，可实现纳米级位移检测。

Experiment
实验系统采用532 nm激光、60 mm傅里叶透镜组及3.45 μm像素相机。对圆柱光学平板施加可控振动，补偿后条纹信噪比提升3倍以上，验证了该方法对随机振动的普适性。对比未补偿组，振幅相关系数阈值设定为0.85时可有效抑制90%以上失相关噪声。

Conclusion
该研究创新性地将光学系统设计与算法补偿结合，突破了振动环境下SPI测量的技术瓶颈。振幅相关系数作为位移估计指标兼具鲁棒性与计算效率，配合准直-远心光路可推广至大型构件检测。未来可进一步探索多轴振动耦合补偿及动态环境下的实时处理优化。

（注：全文严格依据原文内容，专业术语如Speckle Pattern Interferometry、decorrelation等首次出现时均标注英文缩写，作者名Peizheng Yan等保留原格式，数学符号如λ=532 nm使用_{/^{标签规范表示。）}}