(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210747976.X (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510062 广东省广州市越秀区东 风东 路729号 (72)发明人 白玉磊　张康洋　董博　何昭水　 谢胜利　 (74)专利代理 机构 广东广信君达律师事务所 44329 专利代理师 廖朗皓 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向光学相干弹性成像的应变自适应 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向光学相干弹性成像 的应变自适应计算方法， 通过差分相位的自适应 旋转模型， 结合光矢量方法的方式高精度的重构 复合材料内部的应变场分布； 本发 明采用自适应 旋转模型与矢量法结合的算法， 不存在使用最小 二乘法时无法改善乘性噪声下的应变计算信 噪 比的问题； 另外， 本发明通过构建差分相位的自 适应旋转模型， 寻找到最优旋转角度， 再结合光 矢量法， 在 某种程度上降低了本身的横向不均匀 性， 解决了光矢量法在强噪声和复杂形变情形 下， 特别是横向变化异常不均匀， 无法高精度构 建低信噪比复合材 料内部的应 变场分布。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115186459 A 2022.10.14 CN 115186459 A 1.一种面向光学相干弹性成像的应 变自适应 计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 对 复合材料分别构建形变前和形变后的层析干涉光场信号； 基于所述层析干涉 光场信号， 构建差分干涉光场信号， 并确定形变场对应的差分包裹相位场； 步骤2， 将差分包裹相位场围绕其中心按照设定的步长进行逆时针旋转； 步骤3， 对每个旋转角度对应的差分包裹相位场构造一个滑动窗口， 在选定的滑动窗口 内对差分干涉光场信号进行 水平方向平均， 得到经 水平方向平均后的差分干涉光场信号； 步骤4， 针对经水平方向平均后的差分干涉光场信号， 基于复数的乘法运算法则， 利用 预设像素间隔的差分包裹相位进行两 两相乘， 构建深度方向的二阶差分干涉光场信号； 步骤5， 对深度方向的二阶差分干涉光场信号沿深度 方向平均以及归一化处理， 得到经 深度方向平均后的归一 化二阶差分干涉光场信号； 步骤6， 在深度方向平均后的归一化二阶差分干涉光场信号上， 计算深度 方向的应变场 分布； 步骤7， 利用步骤1至6相同的方法， 其中将步骤3中的水平方向平均替换成深度方向平 均， 步骤5中的深度方向平均替换成水平方向平均， 从而构建水平方向的应 变场分布； 将水平方向和深度方向的应变场分布再进行顺 时针旋转， 得到与旋转前差分包裹相位 场位置相同的水平方向和深度方向的应 变场分布； 步骤8， 对旋转后的水平方向和深度方向的应变场分布分别进行水平方向和深度方向 的积分， 得到对应的水平方向和深度方向的解包裹差分相位场； 步骤9， 对所述解包裹差分相位场进行相位包裹， 得到水平方向和深度 方向的差分包裹 相位场； 然后基于复数的乘法 法则， 得到恢复的差分包裹相位场； 步骤10， 求 解所述差分包裹相位场和差分包裹相位场之间的相关系数； 步骤11， 根据上述步骤2至步骤9， 在不同旋转角度下求得步骤9中的恢复完整的差分包 裹相位场， 再 经过步骤10， 即可 得到对应的一组相关系数； 采用最小二乘拟合方法， 得到 旋转角度与相关系数之间的多 项式函数； 步骤12， 求解所述多项式函数得到最优解， 再将其代入多项式函数， 得到最优旋转角 度； 步骤13， 根据步骤12所得到的最优旋转角度， 通过步骤3至步骤6得到复合材料深度方 向的应变场分布， 接着顺时针旋转， 使得材料深度方向应变场分布 位置恢复到旋转之前， 此 时便可得到材料复杂形变下的应 变场分布。 2.根据权利要求1所述的面向光学相干弹性成像的应变自适应计算方法， 其特征在于， 所述形变前和形变后的层析干涉光场信号， 表示 为： a1(m， j)＝A1(m， j)×exp(iφ1(m， j)) a2(m， j)＝A2(m， j)×exp(iφ2(m， j)) 其中， a1(m， j)表示形变前的层析干涉光场信号， a2(m， j)表示形变后的层析干涉光场信 号， (m， j)表示干涉光场空间图像像素坐标， i为虚数单位， exp表示指数运算， A1(m， j)表示 形变前干涉频谱幅值， φ1(m， j)表示复合材料形变前的相位场， A2(m， j)表示形变后干涉频 谱幅值， φ2(m， j)表示复合材 料形变后相位场； 采用复数乘法准则构建差分干涉光场信号： a2(m， j)a1(m， j)★≡b(m， j)＝B(m， j)exp[i ·Φ(m， j)]权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186459 A 2上式中，★表示共轭运算， b(m， j)表示差分干涉光场信号， B(m， j)＝A2(m， j)A1(m， j)表 示幅值信息， Φ(m， j)表示差分干涉光场信号的相位场； 形变场对应的差分包裹相位场为： Δφ(m， j)＝Arg{exp[i ·Φ(m， j)]}， 其中Arg表示 对复数求相位。 3.根据权利要求1所述的面向光学相干弹性成像的应变自适应计算方法， 其特征在于， 旋转的角度为θ， θ＝θ0+Δθ， 当旋转角度旋转到360 °时停止； 其中， θ 的范围控制在0 °～360° 之间， θ0是起始角度， Δθ 是 连续旋转角度 θ 之间的间隔。 4.根据权利要求1所述的面向光学相干弹性成像的应变自适应计算方法， 其特征在于， 所述经水平方向平均后的差分干涉光场信号表示 为： 式中， NX、 Nz表示滑动窗口的水平方向、 深度方向的宽度， B(j)表示水平方向平均后的差 分干涉光场信号幅值， 表示水平方向平均后的差分干涉光场信号幅相位， m， j表示差分 干涉光场空间图像 像素横坐标、 纵坐标。 5.根据权利要求1所述的面向光学相干弹性成像的应变自适应计算方法， 其特征在于， 所述深度方向的二阶差分干涉光场信号， 表示 为： 其中， B(j+1)、 表示j+1处的水平方向平均后的差分干涉光场信号、 水 平方向平均后的差分干涉光场信号幅值以及水平方向平均后的差分干涉光场信号幅相位。 6.根据权利要求1所述的面向光学相干弹性成像的应变自适应计算方法， 其特征在于， 所述深度方向的应 变场分布 表示为： 式中， 表示深度方向平均后的归一化二阶差分干涉光场信号 的相位， d表示像 素间的距离， 比例的相关系数 其中λ0表示激光器中心波长， n表示复合材 料折射率。 7.根据权利要求1所述的面向光学相干弹性成像的应变自适应计算方法， 其特征在于， 所述恢复的差分包裹相位场 表示为： 式中，★表示求共轭运算， Arg{}表示 求复数的相位。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186459 A 3