[发明专利]基于低帧率激光散斑衬比成像的粘弹性检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于低帧率激光散斑衬比成像的粘弹性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对被测样本表面进行一定频率的正交振荡激励，并在被测样本的表面形成表面波；

S2、发出照射于被测样本表面的激光光束，以较低的帧率和曝光时间采集被测样本在表面波传播过程中的多帧激光散斑图像，对多帧激光散斑图像进行运算处理，获得混叠波的传播速度，用混叠波传播速度与表面波传播速度关系计算得到表面波的传播速度，并根据表面波的传播速度获取被测样本的弹性和粘性；

获得所述混叠波的传播速度为：

在激光散斑衬比图像的时空分布中选取设定大小的计算窗，在计算窗内通过混叠波传播的渡越时间计算所述混叠波的传播速度；

计算所述表面波的传播速度公式为：

其中，V_real为表面波的传播速度，V_cal为计算得到的混叠波的传播速度，ω₀为正交振荡激励的频率，ω_s为激光散斑图像的采样帧率，round()表示四舍五入取整，N为取整后的整数。

2.根据权利要求1所述的粘弹性检测方法，其特征在于，所述运算处理中，获取所述激光散斑衬比图像的时空分布具体为：S21、获取相机采集的某一帧激光散斑图像，以该帧激光散斑图像的每个像素对应的衬比值构建二维空间散斑衬比图像，获取每一帧激光散斑图像的二维空间散斑衬比图像，构建三维空间散斑衬比图像以获取所述激光散斑衬比图像的时空分布；

S22、对激光散斑衬比图像的时空分布进行滤波处理；

获取所述被测样本的弹性和粘性具体为：

S23、计算所述混叠波的传播速度所根据的激光散斑衬比图像的时空分布为滤波处理后的激光散斑衬比图像的时空分布；由混叠波的传播速度获取表面波的传播速度后，改变正交振荡激励的频率，获取表面波的频散特性，并根据表面波的频散特性拟合求解出被测样本的粘性和弹性。

3.根据权利要求2所述的粘弹性检测方法，其特征在于，步骤S21包括：

S211、获取相机采集的某一帧激光散斑图像，在该帧激光散斑图像上选取尺寸为W×W的空间窗口，则空间窗口内的W×W个像素组成一个大小为W²的像素集，计算出该空间窗口内的空间散斑衬比C；

S212、滑动该空间窗口，遍历整个该帧激光散斑图像，获取所有像素对应的衬比值C(x,y)，并分别以每个像素对应的衬比值C(x,y)为灰度，构建二维空间散斑衬比图像；

S213、获取每一帧激光散斑图像的空间窗口的二维空间散斑衬比图像，构建三维空间散斑衬比图像以获取激光散斑衬比图像的时空分布C(x,y,t)，其中，x、y表示二维空间，t表示时间。

4.根据权利要求3所述的粘弹性检测方法，其特征在于，步骤S211中空间散斑衬比C的计算公式为：

其中，W为空间窗口的尺寸大小，I_i代表该W×W的空间窗口中第i个像素的灰度值，为这W²个像素灰度的平均值。

5.根据权利要求3所述的粘弹性检测方法，其特征在于，步骤S23包括：

S231、在滤波处理后的激光散斑衬比图像的时空分布中选取设定大小的计算窗，在计算窗内通过混叠波传播的渡越时间计算混叠波的传播速度，滑动计算窗口，遍历图像的全部像素，获得混叠波传播的二维空间分布，采集混叠波传播速度和表面波传播速度之间的关系，计算表面波的传播速度；

S232、根据表面波的传播速度计算被测样本的弹性的空间分布；

S233、改变正交振荡激励的频率，获取不同频率下表面波的传播速度，即表面波的频散特性；

S234、将表面波的频散特性代入频散方程，即可拟合求解出被测样本的粘性和弹性。

6.根据权利要求5所述的粘弹性检测方法，其特征在于，步骤S234中频散方程为：

其中，ω为表面波的角频率，与频率f之间的关系为ω＝2*πf；ρ为被测样本的密度，μ₁为被测样本的弹性模量，μ₂为被测样本的粘性模量。