數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)項(xiàng)目可行性報告及受載高壓容器壁變形的測量與研究

電子工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展基金項(xiàng)目可行性報告（一式四份）項(xiàng)目名稱：數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)：XX市XX號承擔(dān)單位：XX光通信公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：XX總會計師：季前波單位主管：XX聯(lián)系電話：XXXXXXX填報日期：信息產(chǎn)業(yè)部印制PAGEPAGE27填表說明本可行性研究報告，由項(xiàng)目承擔(dān)單位根據(jù)如下要求填寫：一、市場分析：包括（一）國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家，投資及生產(chǎn)能力，該產(chǎn)品的市場容量、主要用戶、年銷售量單位產(chǎn)品價格、成本、盈利水平及變化情況；（二）國內(nèi)外該技術(shù)的發(fā)展情況及主要特點(diǎn)；（三）本項(xiàng)目的內(nèi)及重點(diǎn)解決的問題；（四）主要需用何種原材料及其供應(yīng)渠道。二、項(xiàng)目現(xiàn)有條件分析：包括（一）現(xiàn)有項(xiàng)目的投資額、生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況、生產(chǎn)工藝條件、廠房面積、水電氣配套條件及存在的主要問題等；（二）現(xiàn)有工程技術(shù)力量狀況、管理水平。三、投資分析：包括（一）項(xiàng)目目標(biāo)及內(nèi)容；（二）投資的規(guī)模及確定投資規(guī)模的依據(jù)，追加投資總額，資金來源及使用計劃，貸款期限、利率及外匯需用量；（三）項(xiàng)目鋪底流動資金的來源，正常生產(chǎn)流動資金的供應(yīng)渠道；（四）項(xiàng)目進(jìn)度。四、投資評估經(jīng)濟(jì)效益分析：包括（一）項(xiàng)目形成的生產(chǎn)能力；（二）采用量-本-利分析法，找出盈虧平衡點(diǎn)，根據(jù)市場需求及生產(chǎn)能力，求得最大效益；（三）計算投資回收期（年）-投資總額/（年利稅+年折舊）；（四）外匯平衡試算；（五）預(yù)計年產(chǎn)量，品種，產(chǎn)值、利稅、創(chuàng)匯分析。五、其他方面分析。六、本報告必須附企業(yè)（單位）上年度財務(wù)報表。七、本報告人民幣金額單位：萬元，外匯金額單位：萬美元。八、本表可在形式不變的基礎(chǔ)上根據(jù)需要自行調(diào)整。（轉(zhuǎn)下頁）一市場分析產(chǎn)品技術(shù)方面（轉(zhuǎn)下頁）市場分析市場前景隨著國家信息化進(jìn)程的加快，有線廣播電視網(wǎng)將成為中國信息化基礎(chǔ)三個網(wǎng)中重要的一個網(wǎng)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，目前我國已經(jīng)擁有由3億多臺電視機(jī)，近8000萬個有線電視用戶，200多萬公里光纜和電纜組成的有線電視傳輸網(wǎng)。有線電視入戶率達(dá)到了17%，超過電話入戶率(9%)和計算機(jī)入戶率(1.2%)。2000年，全國有線電視用戶將達(dá)到一億戶，成為世界上最大的有線電視網(wǎng)。近年來隨著有線電視節(jié)目的增加，以及數(shù)字電視及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，各地有線電視網(wǎng)都在著手進(jìn)行原有系統(tǒng)的升級和雙向網(wǎng)改造，深圳、XX、大連、青島、蘇州、南京、廣東、成都等有線電視臺已進(jìn)行了多功能業(yè)務(wù)先導(dǎo)網(wǎng)的試驗(yàn)。因此，隨著全國有線電視網(wǎng)數(shù)字化和雙向網(wǎng)改造進(jìn)程的加快，數(shù)字電視和付費(fèi)電視的需求將急劇增加；同時，數(shù)字衛(wèi)星電視發(fā)展迅速，一兩年內(nèi)已涌現(xiàn)出30多套數(shù)字衛(wèi)星電視節(jié)目。目前電視節(jié)目大都是免費(fèi)的，但是，隨著數(shù)字衛(wèi)星電視市場的開放和發(fā)展，收費(fèi)收視電視將成為必然趨勢。而且一些如“村村通”、“教育臺希望工程”等國家項(xiàng)目的實(shí)施，對條件接收系統(tǒng)的需求將急劇增加。基于上述原因，“數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)”產(chǎn)品的市場將是非常廣闊的。國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家目前，本項(xiàng)目產(chǎn)品的市場處于起步階段，國內(nèi)外同類產(chǎn)品的供應(yīng)商比較少，國外具有代表性的供應(yīng)商有：DIVICOM、IRDETO、NDS、BARCO、OPTIBASE、PHILIPS，NAGRA，GI等公司；國內(nèi)具有自行開發(fā)實(shí)力的生產(chǎn)廠家很少，除本公司外，北京算通有限公司也在進(jìn)行該產(chǎn)品的研究開發(fā)工作。主要用戶本項(xiàng)目產(chǎn)品的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是廣播電視系統(tǒng)、數(shù)字電視和付費(fèi)電視業(yè)務(wù)及視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)、股票信息等數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)；需要數(shù)字視頻應(yīng)用如VOD視頻點(diǎn)播的小區(qū)、賓館和集團(tuán)等也將是本項(xiàng)目的主要用戶。年銷售量及盈利水平本項(xiàng)目產(chǎn)品在國外目前正在推出，屬于市場的孕育和成長階段。據(jù)本公司分析，本項(xiàng)目產(chǎn)品的年銷售量將迅速增加，預(yù)計到2003年銷售8套前端系統(tǒng)，24000套的用戶端系統(tǒng)產(chǎn)品，預(yù)計可實(shí)現(xiàn)利稅912萬元。國內(nèi)外該技術(shù)的發(fā)展情況及主要特點(diǎn)條件接收系統(tǒng)的基本目的是在有線電視系統(tǒng)中對用戶進(jìn)行授權(quán)控制和管理，從而實(shí)現(xiàn)收費(fèi)系統(tǒng)的有償服務(wù)。從廣義角度講，該系統(tǒng)是一個綜合性系統(tǒng)，集成了多種先進(jìn)的技術(shù)，包括：數(shù)字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、復(fù)用器技術(shù)、調(diào)制解調(diào)器技術(shù)、機(jī)頂盒技術(shù)、智能卡技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，同時也涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費(fèi)管理等數(shù)據(jù)庫技術(shù)。（轉(zhuǎn)下頁）一市場分析產(chǎn)品技術(shù)方面（轉(zhuǎn)下頁）目前國外各國都在積極推廣數(shù)字電視業(yè)務(wù)，條件接收系統(tǒng)的市場也因此而逐步形成，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也已初步制定和成熟，三個主要的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是DVB-C、DVB-CA和DVB-SI。一個實(shí)用的付費(fèi)電視系統(tǒng)要根據(jù)所在地的國情、經(jīng)濟(jì)和文化情況來選定所用的加擾和加密方式，最好的系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)Πl(fā)展本國電視事業(yè)有利，應(yīng)是性能價格比最優(yōu)的系統(tǒng)。國外廠商提供的CA系統(tǒng)性能比較穩(wěn)定可靠，有較高的安全性，但其系統(tǒng)價格昂貴，對用戶負(fù)擔(dān)比較重，應(yīng)用遠(yuǎn)沒有達(dá)到成熟階段；同時，其系統(tǒng)應(yīng)用難度較高，要求前端和用戶端的設(shè)備必須配套，具有一定的壟斷性。多年來我們與國外公司的合作經(jīng)驗(yàn)表明，代理或技術(shù)轉(zhuǎn)讓始終是阻撓我國技術(shù)發(fā)展的絆腳石，使我們難以掌握最新技術(shù)。趁目前國內(nèi)市場和技術(shù)剛剛起步，及早立項(xiàng)開發(fā)、振興民族產(chǎn)業(yè)、打出中國自己的品牌，也有利于國家信息安全和長遠(yuǎn)發(fā)展。項(xiàng)目的主要內(nèi)容及重點(diǎn)解決的問題項(xiàng)目的主要內(nèi)容本項(xiàng)目的主要內(nèi)容是開發(fā)研制并且生產(chǎn)完整的相對獨(dú)立的數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括如下幾部分硬件模塊和軟件平臺：SV-451條件接收加擾機(jī)SV-452條件接收加擾控制平臺SV-453智能卡授權(quán)平臺SV-454條件接收用戶數(shù)據(jù)庫平臺SV-455條件接收解擾模塊SV-456條件接收解擾模塊控制規(guī)范SV-457條件接收解密用智能卡SV-458智能卡讀寫器重點(diǎn)解決的問題〖系統(tǒng)兼容性〗（轉(zhuǎn)下頁）一市場分析產(chǎn)品技術(shù)方面（轉(zhuǎn)下頁）目前市場上的數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)（簡稱CA系統(tǒng)），前端加擾加密均是基于復(fù)用器的方式：CA系統(tǒng)大量與復(fù)用器通信，利用復(fù)用器的SI軟件模塊插入CAT表等公共信息，利用復(fù)用器的數(shù)據(jù)通道插入用戶私有數(shù)據(jù)等。如果CA系統(tǒng)供應(yīng)商和復(fù)用器供應(yīng)商非同一家，則就產(chǎn)生了兼容性問題。為了解決不同廠家設(shè)備的兼容性問題，避免市場壟斷，DVB組織定義了DVB－SIM軟件規(guī)范，試圖統(tǒng)一軟件接口。然而，由于CA系統(tǒng)與復(fù)用器均是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，因此在具體實(shí)施過程中，CA廠家傾向于自主設(shè)計軟件協(xié)議，同時尋找合作伙伴提供復(fù)用器（捆綁銷售），以此達(dá)到較好的配合?？v然有些CA廠家標(biāo)榜符合DVB－SIM規(guī)范，在實(shí)際與其它廠家提供的符合DVB－SIM規(guī)范的復(fù)用器配合時，仍然問題不斷。（對于標(biāo)準(zhǔn)的解釋，各個廠家均有些不同理解）本項(xiàng)目產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計之初，充分考慮了上述問題。在經(jīng)過對DVB標(biāo)準(zhǔn)的理解后，首創(chuàng)了前端加擾加密在復(fù)用器之后的模式。在這種情況下，本項(xiàng)目產(chǎn)品不需要同復(fù)用器做如何復(fù)雜的軟件交互，而硬件連接采用了DVB定義的極為簡單的DVB－SPI接口。本項(xiàng)目產(chǎn)品可以接收任何有DVB－SPI輸出接口的復(fù)用器數(shù)據(jù)流，然后分析其中的信息，加擾用戶設(shè)定的節(jié)目數(shù)據(jù)，并修改和插入與CA相關(guān)的公共或者私有用戶信息等。本項(xiàng)目產(chǎn)品采用了DVB－SIM規(guī)范定義的類似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又做了合適的簡化，已經(jīng)超過了DVB－SIM的要求。本項(xiàng)目產(chǎn)品采用的創(chuàng)新技術(shù)，使用戶可以選擇任何廠家的復(fù)用器，最大可能地降低了系統(tǒng)集成的難度。因此我們可以說本項(xiàng)目產(chǎn)品的系統(tǒng)兼容性是目前最好的?！枷到y(tǒng)安全性〗目前市場上的CA系統(tǒng)均是國外產(chǎn)品，采用了國外的加解密算法，比較常見的是DES和RSA算法。在實(shí)際運(yùn)營中，常聽說有被非法破譯的事例。當(dāng)發(fā)生一定數(shù)量的盜視情況后，運(yùn)營商往往蒙受巨大損失，CA廠商的信譽(yù)也受到很大影響。所以，CA廠家均十分注重加解密算法的安全性，在這一方面投入最多的人力物力，以保證運(yùn)營安全。有些廠家甚至承諾如果發(fā)生盜視將全部回收升級其CA系統(tǒng)，從而減少運(yùn)營商的擔(dān)心。本項(xiàng)目產(chǎn)品在設(shè)計中，仔細(xì)考慮了安全性問題。從企業(yè)實(shí)際情況出發(fā)，我們不可能花太多的人力物力開發(fā)CA產(chǎn)品，我們也不可能承諾發(fā)生盜視則回收升級。因此，最終采用的解決辦法是：一市場分析產(chǎn)品技術(shù)方面加解密算法模塊化；在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，本項(xiàng)目產(chǎn)品前端支持更換加解密模塊和密鑰，終端通過更換刷新智能卡改變加解密算法和密鑰。在研制初期，本項(xiàng)目產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)DES算法；當(dāng)正式產(chǎn)品化后，本項(xiàng)目產(chǎn)品將同國內(nèi)關(guān)于電子商務(wù)安全的權(quán)威機(jī)構(gòu)合作，獲得符合國家保密委員會認(rèn)可的安全算法，以此代替原來的DES算法。系統(tǒng)運(yùn)行中，運(yùn)營商可以根據(jù)實(shí)際使用情況自行更換加解密算法或者密鑰。本項(xiàng)目產(chǎn)品采用上述方法，首先可以保證系統(tǒng)達(dá)到一定的安全性；其次，在系統(tǒng)出現(xiàn)一定數(shù)量的非法盜視行為后，可以及時改變算法，使非法盜視者破譯系統(tǒng)的成本增加而無利可圖。〖系統(tǒng)擴(kuò)充性〗目前市場上的CA系統(tǒng)，其實(shí)際運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)規(guī)模往往為數(shù)千到數(shù)十萬戶左右，少有數(shù)百萬甚至上千萬用戶的大型網(wǎng)絡(luò)。CA廠家尚無大型網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，其數(shù)據(jù)庫處理能力和用戶私有數(shù)據(jù)處理能力就極為有限。而國內(nèi)情況較為復(fù)雜，有小至幾百的試驗(yàn)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，也有超過3百萬用戶的有線電視網(wǎng)絡(luò)。本項(xiàng)目產(chǎn)品考慮到市場的復(fù)雜型，采用多種技術(shù)保證系統(tǒng)的可裁剪和可擴(kuò)充特性：采用網(wǎng)絡(luò)分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)；以10萬用戶為單位建立基本數(shù)據(jù)庫單元，可擴(kuò)充上百個數(shù)據(jù)庫單元存儲用戶信息，各個數(shù)據(jù)庫通過局域網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議互連，運(yùn)營商可以有效管理和維護(hù)千萬用戶的大型系統(tǒng)。單臺加擾機(jī)的CA數(shù)據(jù)插入速率最大可以達(dá)到20MBPS，超過目前其它CA產(chǎn)品的性能（通常是500KBPS左右）。若多臺加擾機(jī)協(xié)同工作，其插入速率還可以增加。由上述可知，本項(xiàng)目產(chǎn)品的數(shù)據(jù)處理能力是很強(qiáng)的。以CA數(shù)據(jù)插入速率為20MBPS計算，假設(shè)1千萬用戶的網(wǎng)絡(luò)，則20分鐘左右可以對整個網(wǎng)絡(luò)條件尋址一次，授權(quán)用戶在初次開機(jī)后最長40分鐘時間內(nèi)即可以接收加密節(jié)目。運(yùn)營商如果需要再縮短用戶等待時間，還可以級聯(lián)加擾機(jī)獲得更高的CA插入數(shù)據(jù)率。主要需用何種原材料及其供應(yīng)渠道本項(xiàng)目產(chǎn)品的主要原材料是電子芯片，工控機(jī)等，來源豐富，可以全部在國內(nèi)采購。二項(xiàng)目現(xiàn)有條件分析XX光通信公司是XX市經(jīng)濟(jì)委員會直屬國有企業(yè)，主要承擔(dān)XX市光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃、項(xiàng)目投資、引進(jìn)外資、消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)以及通信產(chǎn)品的國內(nèi)制造任務(wù)，同時向信息產(chǎn)業(yè)的其他領(lǐng)域拓展。XX光通信公司近十年來出面牽頭，聯(lián)合國內(nèi)企業(yè)，先后與世界上著名的通信大公司合資，從生產(chǎn)光纖、光纜到光、電等系列產(chǎn)品，構(gòu)筑起XX光通信產(chǎn)業(yè)的基本框架。公司位于XX市漕河涇新興技術(shù)開發(fā)區(qū)，已有建筑面積13588平方米的兩幢主要建筑，其中一幢集辦公、生產(chǎn)、科研為一體。XX光通信公司領(lǐng)導(dǎo)班子作風(fēng)正派，團(tuán)結(jié)有力，管理有方，有完整的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。因此公司開發(fā)生產(chǎn)無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的基本條件都已具備，承擔(dān)該項(xiàng)目具有較大的成功把握和抗風(fēng)險能力。XX光通信公司下屬技術(shù)中心在本項(xiàng)目中主要承擔(dān)開發(fā)數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)產(chǎn)品。該技術(shù)中心擁有強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)隊伍，研發(fā)人員有50名，其中博士5個，碩士14個，其他大多是大專和本科學(xué)歷人員，同時還包括留學(xué)回國人員5個。技術(shù)中心自1998年成立以來，加強(qiáng)科學(xué)管理，開發(fā)生產(chǎn)了多個具有自主產(chǎn)權(quán)的高科技通信產(chǎn)品，擁有數(shù)字圖像、寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)三大類10多個品種，已被評為“XX市市級技術(shù)中心”，并正在申報“國家級技術(shù)中心”稱號。XX光通信公司對該項(xiàng)目已經(jīng)跟蹤分析較長時間，包括市場情況，技術(shù)的發(fā)展等。鑒于技術(shù)中心通過多年的努力，已具有獨(dú)立開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的能力，以及該項(xiàng)目的市場發(fā)展前景良好，通信技術(shù)中心開始著手開發(fā)數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)產(chǎn)品。本項(xiàng)目的生產(chǎn)委托XX光通信公司生產(chǎn)部負(fù)責(zé)。本項(xiàng)目生產(chǎn)所需要的廠房面積、生產(chǎn)設(shè)備、動力配置、環(huán)保、以及消防等條件，生產(chǎn)部基本能夠滿足要求，只需增加一定的專用測試設(shè)備。本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的工程技術(shù)力量，負(fù)責(zé)本項(xiàng)目開發(fā)的17名工程師中，博士3名，碩士6名，本科生7名；軟、硬件工程師配備合理，為本項(xiàng)目研制的順利完成提供了人力的保障。廠房面積：公司已有標(biāo)準(zhǔn)廠房一幢，現(xiàn)四、五樓已在生產(chǎn)，每層面積約有生產(chǎn)設(shè)備：生產(chǎn)部已擁有較為完整的生產(chǎn)線及其他輔助設(shè)施，包括裝配生產(chǎn)線和正在計劃添置的SMT生產(chǎn)線等。動力配置：廠房設(shè)計能力為用電量1250kW，自來水用量2700T/月，壓縮空氣10M3環(huán)境條件：原設(shè)計中，五樓已安裝中央空調(diào)，滿足了生產(chǎn)、測試對環(huán)境溫度的要求，生產(chǎn)區(qū)入口處設(shè)立了更衣室，防止灰塵帶入生產(chǎn)場地。車間內(nèi)考慮了防靜電地坪和接地，以保證生產(chǎn)和人身的安全。照明既有全室照明又考慮局部照明，保證了光照度。環(huán)保、消防、安全：現(xiàn)廠房內(nèi)，消防、安全、環(huán)保設(shè)施有一定的配置，滿足生產(chǎn)要求。（轉(zhuǎn)下頁）三投資分析（轉(zhuǎn)下頁）項(xiàng)目目標(biāo)及內(nèi)容項(xiàng)目目標(biāo)：本項(xiàng)目的實(shí)施，旨在開發(fā)和生產(chǎn)擁有自有知識產(chǎn)權(quán)的“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)”。在市場處于起步階段的時候，介入市場，達(dá)到與國外同類產(chǎn)品同臺競爭的水平。在技術(shù)和性能指標(biāo)上，達(dá)到或超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品的水平和國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時，針對國內(nèi)實(shí)際情況和國外產(chǎn)品的壟斷性，使產(chǎn)品具有很強(qiáng)的兼容性，可以集成于其他廠家的接收系統(tǒng)。本項(xiàng)目的實(shí)施，可以推進(jìn)本公司自行開發(fā)產(chǎn)品的進(jìn)程，擴(kuò)大自有知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的范圍，提高產(chǎn)品的市場競爭力，有利于國家信息安全，發(fā)展本國電視事業(yè)。項(xiàng)目內(nèi)容：自行開發(fā)研制“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)”第一階段：完成最基本的系統(tǒng)設(shè)計和測試；第二階段：根據(jù)可戶要求修改軟件協(xié)議；第三階段：同其他機(jī)頂盒廠家技術(shù)合作，系統(tǒng)集成其他廠家的前端設(shè)備；第四階段：修改方案、工藝設(shè)計，聯(lián)合調(diào)試，出生產(chǎn)樣圖。生產(chǎn)“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)”硬件板卡，復(fù)制安裝軟件平臺。銷售“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)”。投資規(guī)模本項(xiàng)目總投資560萬元，其中固定資產(chǎn)投資120萬元，開發(fā)費(fèi)用投入340萬元，生產(chǎn)鋪底流動資金100萬元。使用計劃為2000年9月。貸款期限1年，利率5.85%。總投資560萬元：固定資產(chǎn)投資 120萬元開發(fā)人員工資 255萬元開發(fā)費(fèi)用投入 85萬元生產(chǎn)鋪底流動資金 100萬元資金來源上述投資中公司已投入開發(fā)費(fèi)用260萬元，用于購置部分開發(fā)設(shè)備及開發(fā)人員費(fèi)用，其中企業(yè)自籌200萬元，銀行貸款60萬元。其余300萬元擬申請撥款100萬元，企業(yè)自籌100萬元，銀行貸款100萬元。以后各年的流動資金可由企業(yè)自籌和銷售收入實(shí)現(xiàn)來解決。三投資分析項(xiàng)目進(jìn)度本項(xiàng)目進(jìn)度按3個步驟實(shí)施，第一步（2000年8月以前）完成最基本的系統(tǒng)設(shè)計和測試，完成修改方案，并出生產(chǎn)樣圖；第二步（2000年9月開始）生產(chǎn)硬件板卡，并復(fù)制安裝軟件平臺，形成商品；第三步（2000年10月開始），正式銷售本項(xiàng)目產(chǎn)品。自行開發(fā)研制“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)”第一階段：完成最基本的系統(tǒng)設(shè)計和測試 1999年12月第二階段：根據(jù)可戶要求修改軟件協(xié)議 2000年7月第三階段：同其他機(jī)頂盒廠家技術(shù)合作，系統(tǒng)集成其他廠家的前端設(shè)備。 2000年7月第四階段：修改方案、工藝設(shè)計，聯(lián)合調(diào)試，出生產(chǎn)樣圖。 2000年8月生產(chǎn)“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)”硬件板卡，復(fù)制安裝軟件平臺。 2000年9月銷售“數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)” 2000年10月四投資評估及效益分析生產(chǎn)能力本項(xiàng)目前5年的生產(chǎn)規(guī)模詳見下表。項(xiàng)目盈利指標(biāo)本項(xiàng)目平均5年的銷售利潤率為24%，總投資利潤率125%。本項(xiàng)目的靜態(tài)投資回收期為25個月，動態(tài)投資回收期為38個月（折現(xiàn)率10%）；財務(wù)內(nèi)部收益率70%；凈現(xiàn)值為1204萬元。說明本項(xiàng)目盈利能力較強(qiáng)。項(xiàng)目前五年的盈利情況本項(xiàng)目開發(fā)后，前5年數(shù)字電視通用條件接收系統(tǒng)產(chǎn)品累計可實(shí)現(xiàn)銷售收入12242萬元，盈利（凈利潤）2886萬元，利稅總額8920萬元。（轉(zhuǎn)下頁）（轉(zhuǎn)下頁）四投資評估及效益分析五其它方面附表1資金來源落實(shí)情況及使用計劃資金來源項(xiàng)目及使用年份電子發(fā)展基金撥款銀行貸款企業(yè)自籌其它合計投資總概算100160360560累計已投入資金60200260計劃期投入資金20**年10010010030020**年年項(xiàng)目投資用途：項(xiàng)目總投資為560萬元。固定資產(chǎn)投資 120萬元開發(fā)人員工資 255萬元開發(fā)費(fèi)用投入 85萬元生產(chǎn)鋪底流動資金 100萬元投資明細(xì)用途項(xiàng)目數(shù)量單價人民幣金額外匯金額供應(yīng)廠家固定資產(chǎn)邏輯分析儀HP1662C27.7萬元15.3萬元HP數(shù)字式存儲器TEKTDS38054.3萬元21.5萬元TEKMPEG碼流發(fā)生器ROHDE&CHWARZDVG214.6萬元29.2萬元ROHDE&CHWARZMPEG編碼器227.0萬元54.0萬元注：“投資明細(xì)用途項(xiàng)目”需填寫設(shè)備儀器的具體名稱型號附表2經(jīng)濟(jì)效益分析經(jīng)濟(jì)指標(biāo)工業(yè)總產(chǎn)值銷售收入利潤總額項(xiàng)目投產(chǎn)期投產(chǎn)后20**年54213120**年154448220**年231765620**年3336912本項(xiàng)目的實(shí)行，可以實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益：5年累計銷售收入12242萬元，累計盈利（凈利潤）2886萬元，累計利稅總額8920萬元；5年平均銷售利潤率為24%，總投資利潤率125%；靜態(tài)投資回收期為25個月，動態(tài)投資回收期為38個月（折現(xiàn)率10%），說明本項(xiàng)目盈利能力較強(qiáng)。本項(xiàng)目預(yù)計可在第三年收回全部投資。附表3企業(yè)主管部門意見TOC\o"1-9"\h\u16142第一章：緒論 2191431.1引言 2235831.2數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)的概況及發(fā)展現(xiàn)狀 281251.2.1數(shù)字散斑測量方法的分類 4282571.2.2數(shù)字散斑相關(guān)測量技術(shù) 4298621.3課題主要研究內(nèi)容 638961.3.1數(shù)字散斑干涉測量技術(shù) 6275391.4論文的主要工作和內(nèi)容 730139第二章：散斑干涉技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)建 7202952.1數(shù)字散斑干涉測量原理 765392.1.1激光散斑的形成及特征 7146492.1.2相加模式 954222.1.3相減模式 9279042.2離面變形測量 1231742.3面內(nèi)變形測量 1415315第三章：環(huán)境搭建及數(shù)據(jù)提取 15159023.1環(huán)境搭建 1564573.2圖像采集 1526337第四章：數(shù)字散斑干涉條紋圖像的分析 154650結(jié)論與展望 160致謝 178738參考文獻(xiàn) 18

第一章：緒論1.1引言電子散斑干涉技術(shù)(ESPI)是在現(xiàn)代高科技成果，包括激光技術(shù)、視頻技術(shù)、電子技術(shù)、信息和圖像處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、全息干涉和散斑干涉技術(shù)、精密儀器及自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種現(xiàn)代光測方法，它具有全場、非接觸、高精度和高靈敏度、不避光、不照相、不需要特殊防震、快速實(shí)時并可在線檢測等優(yōu)點(diǎn)。ESPI用途很廣，可用于檢測各種工程機(jī)械及設(shè)備的變形、振動、沖擊、粗糙度、剛度和強(qiáng)度等特性，還可用在土木結(jié)構(gòu)、水利設(shè)施的變形測量。它不但可以作為模型設(shè)計、分析、樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)工具，而且還可以作為產(chǎn)品檢驗(yàn)和生產(chǎn)過程控制的一種有利工具。ESPI技術(shù)也用來檢測復(fù)合材料、集成電路、壓力容器和焊接物體表面或內(nèi)部缺陷，成為X射線、紅外和超聲等傳統(tǒng)無損檢測方法的一種有效的補(bǔ)償手段。因此，該技術(shù)在機(jī)械、土木、水利、電器、航空航天、兵器工業(yè)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的檢測中具有非常重要的地位。1.2數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)的概況及發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)40年代英國學(xué)者DenisGabor首先提出全息術(shù)，激光散斑最初作為全息術(shù)里的一種光學(xué)噪聲，影響全息圖的質(zhì)量，并由此引起人們的關(guān)注。1962年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Rigden和Gordon首先解釋了激光散斑現(xiàn)象的產(chǎn)生。當(dāng)用相干性很好的光(如激光)照射漫反射表面時，漫反射表面好像無數(shù)小的點(diǎn)光源，它們反射的光彼此相互干涉，并在物體表面前方的空間形成了無數(shù)隨機(jī)分布的點(diǎn)，人們把這些相干的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)稱為散斑，把這種隨機(jī)分布的散斑結(jié)構(gòu)稱為散斑場。隨后英國學(xué)者Leenderz開創(chuàng)了新的利用散斑檢測粗糙表面的光學(xué)干涉方法——散斑干涉測量法(SpeckleInterferometry)。在早期的檢測中,由于散斑干涉測量法采用全息干板作為記錄介質(zhì),需要復(fù)雜的后期光學(xué)濾波和數(shù)據(jù)處理工作,因此導(dǎo)致該技術(shù)難以得到推廣。1971年英國學(xué)者Butter和Leenderz，美國學(xué)者M(jìn)akovski相繼成功的以電視攝相機(jī)取代了全息干板的使用，視頻檢測技術(shù)的引進(jìn)使得可以采用可視化方式來記錄并處理靜態(tài)和動態(tài)光學(xué)粗操表面的位移，這種技術(shù)被稱為電子散斑干涉測量法(ESPI)。傳統(tǒng)的散斑干涉測量法依賴于散斑干涉圖中可見條紋和條紋級數(shù)的正確判斷，這種方法能迅速反映全場變形的分布和程度，但基于條紋處理方式的ESPI,只有在條紋場的極值位置條紋級數(shù)才能被正確的確定,如果再加上噪聲的影響，即使應(yīng)用插值法，測量結(jié)果的精度也很難達(dá)到半個波長量級。20世紀(jì)80年代相移技術(shù)的引進(jìn)擬補(bǔ)了條紋處理法的不足，為檢測提供了定量分析相位的方法,在嚴(yán)格的環(huán)境條件下可使測量精度達(dá)到檢測光波長的百分之一，因此融入相移技術(shù)的ESPI，也被稱作第二代ESPI.隨后計算機(jī)、電荷耦合器件(CCD)、圖像采集卡的迅速發(fā)展，ESPI系統(tǒng)的處理方式由模擬電子方式發(fā)展成為數(shù)字化圖像記錄和處理方式,因此ESPI有時也被稱為DSPI(Digitalspecklepatterninterferometry)。SPIE(TheSocietyofPhoto2OpticalInstrumentationEngineers)在1996年就ESPI專門出了一本里程碑式的文集,收集了68篇在ESPI原理和應(yīng)用方面具有重要影響的論文,并建議為了紀(jì)念早期研究者的貢獻(xiàn),將TV2Holog2raphy,DSPI和electronicholography等統(tǒng)稱為ESPI。至此，經(jīng)過十多年的努力，基于干涉方法的電子(數(shù)字)散斑計量技術(shù)已經(jīng)比較成熟。1973年，Y.Y.Hang,C.E.Taylor提出用錯位散斑照相來測量位移導(dǎo)數(shù)。在錯位散斑照相機(jī)鏡頭前放置一個小角度的玻璃楔塊，光線通過此玻璃將產(chǎn)生偏折。由于物體表面被激光(相干光)照明使得由于錯位產(chǎn)生的兩幅剪切圖像相互干涉而形成了一個包含隨機(jī)干涉圖樣的剪切散斑場，其條紋與位移導(dǎo)數(shù)而不是位移相對應(yīng)。1980年，日本1.Yamaguchi以及美國南卡羅來納大學(xué)的W.H.Peter和W.F.Panson等人又分別獨(dú)立地提出了電子或數(shù)字散斑相關(guān)計量技術(shù)。該方法指通過對物體表面變形前后的兩幅散斑圖進(jìn)行相關(guān)處理,通過尋找變形前后散斑圖的相關(guān)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)對物體位移和變形的測量。隨著電子散斑位移檢測技術(shù)的理論成熟以及試驗(yàn)的成功驗(yàn)證，國外研究者致力于此技術(shù)在振動、位移、應(yīng)變和醫(yī)學(xué)診斷等各領(lǐng)域的推廣，美國、英國、德國、挪威等發(fā)達(dá)國家都在努力開拓具有高精度、高速定量分析能力、高度抗干擾能力的數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)。1980年英國的Vimen公司首次推出一種數(shù)字散斑干涉儀。1988年美國激光技術(shù)公司首次推出散斑干涉儀ES-910001990年美國的Newpon公司推出HC-4000型的散斑干涉儀。1992年瑞士的Vibro-meter公司也推出了RETRAIN型散斑干涉儀。1992年美國激光技術(shù)公司又推出了新型的散斑錯位系統(tǒng)ES-9200,ES9400,ES9120,ES9600及SC-4000便攜式錯位散斑干涉儀。近來德國DANTECETTEMEYER公司，己經(jīng)研制出用于材料應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)S測量的系統(tǒng)和設(shè)備，如Q一100、Q-300、Q-40O等系列產(chǎn)品，可以在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行物體的三維變形。國內(nèi)對數(shù)字散斑干涉技術(shù)的研究和應(yīng)用起步比較晚，所以在技術(shù)和產(chǎn)品化方面處于學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的初步發(fā)展階段。在80年代后期我國也開始從事散斑計量技術(shù)的工程實(shí)用化研究,并取得了一定的研究成果。1992年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)將半導(dǎo)體激光器成功地應(yīng)用于散斑干涉中，并由可切換的雙頻光柵實(shí)現(xiàn)了錯位，1993年西安交通大學(xué)將光纖應(yīng)用于數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)中。1999年,由西安交通大學(xué)賈書海等人提出的雙光路數(shù)字散斑干涉法用于測量大的振動。1990年中國大恒公司光電室與西德Jurid公司合作開發(fā)了Daheng-Jurid電子散斑儀，西安交大也有已通過鑒定的TVH-30電子散斑計量系統(tǒng)。1992年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的新型光學(xué)頭部，采用了先進(jìn)的半導(dǎo)體激光器作為光源，還加有可切換的雙頻光柵實(shí)現(xiàn)錯位，使其更好地儀器化。另外，北京光電技術(shù)公司也在生產(chǎn)數(shù)字散斑儀向工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推出。經(jīng)過近四十年的研究和發(fā)展，數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)已經(jīng)成為一種比較成熟的高精度無損計量技術(shù)。現(xiàn)在，數(shù)字散斑干涉測量已廣泛應(yīng)用于振動、位移、形變、斷裂及粗糙度等的測量，成為無損計量領(lǐng)域的有效工具，是當(dāng)前國際上的熱門研究課題之一。1.2.1數(shù)字散斑測量方法的分類將數(shù)字散斑計量技術(shù)分為兩大類：數(shù)字散斑干涉和數(shù)字散斑照相。這樣的分類由于兩種不同的物理圖像。當(dāng)空間散斑的形成起因于漫射表面的隨機(jī)漫射光束與另一參考光束之間的干涉效應(yīng)，則稱這樣的物理圖像為散斑干涉。當(dāng)空間散斑的形成起因于漫射表面不同部分的隨機(jī)漫射光束之間的干涉效應(yīng)，則稱之為散斑照相.散斑照相又稱之為單光束散斑干涉.兩者都包括了干涉現(xiàn)象并且在采用每一種方法時，一般都需先獲得表征物體運(yùn)動的散斑，然后才可以得出檢測結(jié)果。雖然兩者之間區(qū)別小，但是實(shí)際上兩者還是有區(qū)別的。Stetson在1975年做了適當(dāng)?shù)姆诸?如果在兩個圖像上存在某些區(qū)域，其各自的散斑圖樣之間相關(guān)性良好，就把這種方法成為散斑照相術(shù);如果條紋的形成是由于兩個圖像區(qū)域之間的散斑圖樣相關(guān)性的起伏，而不論兩圖樣的相關(guān)區(qū)域之間是否有移動，這種方法就成為散斑干涉術(shù)。1.2.2數(shù)字散斑相關(guān)測量技術(shù)散斑是物體各點(diǎn)反射疊加而成，具有隨機(jī)性，在光場不變的情況下，物體的位移不會影響散斑間的相對分部，只是會造成散斑場的移動，但散斑圖案分布不會發(fā)生變化由于散斑分布的隨機(jī)性，散斑場上的每一點(diǎn)周圍的小區(qū)域中的散斑分布與其它點(diǎn)是不同的，這樣的小區(qū)域通常稱為子集。散斑場上以某一點(diǎn)為中心的子集可作為該點(diǎn)位移的信息載體，通過分析和搜索該子集的移動和變化，便可以獲得該點(diǎn)的位移。利用記錄的散斑圖可分析物體運(yùn)動或變形的有關(guān)信息。數(shù)字散斑相關(guān)方法(digitalspecklecorrelationmethod)的基本問題是相關(guān)兩個散斑場，即變形前和變形后形成的兩個場。操作過程為由CCD攝像機(jī)記錄被測物體位移或變形前后的兩幅散斑圖，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到兩個數(shù)字灰度場，對兩個數(shù)字灰度場作相關(guān)運(yùn)算，找到相關(guān)系數(shù)極值點(diǎn)得到相應(yīng)的位移或變形。相關(guān)系數(shù)就是聯(lián)系物體變形前后兩幅圖像相似程度的重要數(shù)學(xué)指標(biāo)，它是變形前后兩幅散斑圖像灰度分布函數(shù)的函數(shù)，同時也是位移函數(shù)的一個泛函。因此力學(xué)中求物體變形的位移和應(yīng)變的問題變?yōu)榍蠼夥汉膯栴}。由統(tǒng)計學(xué)可知，相關(guān)系數(shù)的泛函表達(dá)式為：(1-1)其中是變形前某一子區(qū)的灰度函數(shù)，是變形后某一子區(qū)的灰度函數(shù)，如圖(1-1)所示，這里是兩個子區(qū)完全相關(guān)；時，兩個子區(qū)不相關(guān)。和分別表示子集A和子集B的平均灰度值，m為所取像素數(shù)，設(shè)以為待測點(diǎn)，取的矩陣做子集，在變形后的灰度圖中找出相關(guān)最大點(diǎn)，即可確定位移量。但在數(shù)字散板相關(guān)測量法只能測量面內(nèi)應(yīng)變測量且存在計算量大的弊端。圖1-1相關(guān)系數(shù)表達(dá)式示意圖在數(shù)字散斑相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，需要采集物體變形前后的兩幅灰度圖像，在此分別將這兩幅圖像表示為f(x,y)和g(x,y)。數(shù)字圖像相關(guān)計算的基本思想就是在變形前的圖像f(x,y)中選取一個子區(qū)(一般為矩形)，利用子區(qū)中的灰度信息，在變形后的圖像中尋找其所對應(yīng)的位置從而得到子區(qū)位置和形狀的變化，在這些變化中直接反映了物體在這一點(diǎn)上的位移和應(yīng)變的數(shù)值。在計算機(jī)中圖像總是以數(shù)字矩陣的形式存在的，即圖像的每一像素點(diǎn)用一個與強(qiáng)度對應(yīng)的數(shù)值來表示。在測量圖像的處理中，通常用灰度圖來處理，即把采集到的圖像用0-225之間的數(shù)字灰度值矩陣來表示。在這里的散斑相關(guān)測量實(shí)驗(yàn)中，先把用CCD采集到的散斑圖像輸入計算機(jī)中，再通過直接尋找兩幅數(shù)字矩陣圖像的相關(guān)系數(shù)最值來確定散斑圖的位移，從而實(shí)現(xiàn)散斑測量的數(shù)字化。減少了人的主觀隨意判斷性，提高了測量精度。1.3課題主要研究內(nèi)容鑒于以上課題背景和工業(yè)實(shí)際應(yīng)用，本文主要從光學(xué)工程的角度研究了反射式數(shù)字散斑系統(tǒng)測量受載壓力容器壁的微小形變的測量。首先，我們系統(tǒng)的闡述了與本文相關(guān)的數(shù)字散斑的基本概念，其中包括散斑場光強(qiáng)分布的自相關(guān)函數(shù)、兩個散斑場光強(qiáng)分布的互相關(guān)函數(shù)以及散斑相關(guān)條紋的形成與提取。其次，我們在這些基本概念的基礎(chǔ)上具體的研究了反射式數(shù)字散斑對受載壓力容器形變測量中的應(yīng)用。探討了該方法在工業(yè)實(shí)踐中應(yīng)用的可能性和可行性。工業(yè)生產(chǎn)中對某些受載壓力容器需要進(jìn)行精密的測量，而一般的測量不可能達(dá)到所需要求。數(shù)字散斑系統(tǒng)能測得的精度為微米級，而且其再現(xiàn)實(shí)時動態(tài)測量的特點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)實(shí)踐的要求。這為工業(yè)實(shí)踐的應(yīng)用提供了可能性。本文中研究的“受載高壓容器壁變形”從實(shí)驗(yàn)上研究并探討了它在工業(yè)實(shí)踐中應(yīng)用的可行性。1.3.1數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)散斑干涉測量法是指利用被測物體表面散射光所產(chǎn)生的散斑與另一參考光相干涉得到散斑圖，通過分析變形前后散斑圖而得到計量結(jié)果的一種方法。這里參考光可以是平面波或球面波，也可以是由另一種散射表面產(chǎn)生的散斑。當(dāng)物體產(chǎn)生運(yùn)動(位移或形變)時，干涉條紋將發(fā)生變化，由此可測量物體的運(yùn)動或變化情況。散斑干涉測量法一項(xiàng)復(fù)雜的精密測試技術(shù)，當(dāng)其結(jié)合并運(yùn)用光學(xué)、電子、機(jī)械、計算機(jī)等多個領(lǐng)域的知識和技術(shù)時，也被稱為數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)。散斑條紋分析可以利用電子存儲和計算機(jī)技術(shù)，即采用CCD或TV攝象機(jī)和電子存儲器取代全息干板記錄物面散斑場的光強(qiáng)信息，采用計算機(jī)圖像處理技術(shù)對散斑圖像進(jìn)行處理，從而實(shí)時顯示干涉條紋，快速方便。這種檢測方法最終歸結(jié)為對一系列靜態(tài)或動態(tài)連續(xù)的實(shí)時干涉條紋圖進(jìn)行分析和計算。條紋圖像數(shù)字化處理技術(shù)基本上分為兩類:基于條紋亮度分析的條紋中心法和基于時間與空間相位分析的相位法。散斑干涉測量屬于非接觸測量，對被測物體沒有附加質(zhì)量的影響。散斑干涉測量系統(tǒng)光路比較簡單，一般不需要隔震臺，對光源功率要求也不高。散班干涉測量對試件的材料沒有特殊要求，不需要模型轉(zhuǎn)化。1.4論文的主要工作和內(nèi)容本文從激光散斑的形成開始，簡述激光散斑計量技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)況。闡述其產(chǎn)生原理及特征，然后在此基礎(chǔ)上結(jié)合自己的理解和實(shí)驗(yàn)對以下幾個方面做了一些重點(diǎn)深入的探討。1.數(shù)字散斑干涉測量系統(tǒng)中主要的面內(nèi)測量系統(tǒng)和離面測量系統(tǒng)，他們的測量原理，以及各自構(gòu)建的特點(diǎn)，并用實(shí)際驗(yàn)證分析他們適用的場合。2.對影響散斑干涉條紋質(zhì)量的因素進(jìn)行了研究，通過調(diào)節(jié)光圈和變換景深改變散斑顆粒的大小和清晰度,并研究其對條紋質(zhì)量的影響。從而獲得提高條紋質(zhì)量的方法。3．運(yùn)用MATLAB軟件對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理。對散斑條紋進(jìn)行了骨架線提取。4．構(gòu)建了一套數(shù)字散斑干涉測量鋁塊應(yīng)力變形和齒輪熱變形的實(shí)驗(yàn)平臺，測量對象分別為鋁塊和一齒輪零件，采用CCD攝像機(jī)采集其代表變形量的散斑圖像數(shù)據(jù)。并對其所得圖像進(jìn)行了處理分析。5．文中最后討論了各種相移方法并對去包裹算法進(jìn)行了比較。主要研究了相位測量法，并著重討論了去包裹技術(shù)，以及各種去包裹算法的比較。第二章：散斑干涉技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)建2.1數(shù)字散斑干涉測量原理2.1.1激光散斑的形成及特征光波照射在物體的粗糙表面上產(chǎn)生散射，這些散射光在空間相互干涉形成隨機(jī)分布的亮斑和暗斑，這就是散斑。散斑分為直接散斑和成像(主觀)散斑。直接散斑是由粗糙表面散射光干涉直接形成的散斑。成像散斑是經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)在粗燥表面的像平面上形成的散斑。我們研究的主要是成像散斑，散斑的大小用平均直徑表示。成像平面上P點(diǎn)的散斑直徑口。決定于光組出射光瞳的孔徑角如圖2-1所示：(2-1)式中，NA是光組的數(shù)值孔徑，λ是激光波長。上式說明孔徑角較小時，散斑較大，反之亦然。散斑除有橫向大小外，亦有縱向大小，其平均值為:(2-2)所以，孔徑減小時，散斑的縱向長度較橫向增大的更多。圖2-1主觀散板形成示意圖電子散斑干涉測量法是以產(chǎn)生的激光散斑作為待測物體形貌變化的信息載體,通過采集物場變化前后物光與參考光它們的相位差關(guān)系變化如圖2－2所示。它們相干涉形成的變形前后兩幀圖像如圖2-3和2-4所示，對其用不同的算法進(jìn)行處理，以得到變形量。變形前的光強(qiáng)表達(dá)式為：(2-3)這里和代表物光和參考光的振幅；和代表這兩束光的光強(qiáng),代表物光波和參考光波的相位差。此時形成的是散斑圖而不是散斑條紋。要想得到散斑條紋，需要通過物體的變形,從而使物光相位發(fā)生變化。物體變形后的光強(qiáng)分布可以表示為公式(2－4),其中δ為物體變形后物光相位發(fā)生的變化，如圖2-2所示:圖2-2由物體變形產(chǎn)生δ相位變化的示意圖(2-4)條紋的形成方式有減模式、加模式。下面分別對這兩種模式進(jìn)行介紹。2.1.2相加模式當(dāng)兩個散斑圖相加時，在最大的相關(guān)區(qū)具有最大的散斑對比，相關(guān)減弱時，對比將降低。當(dāng)兩個散斑圖不相關(guān)時，將獲得非零極小值。相加的輸出可以用下式表示:(2-5)當(dāng)兩個散斑圖的和直接在監(jiān)視器上顯示時常數(shù)，相關(guān)的變化是由散斑圖對比度的變化反映出來的通過濾波把直流分量濾掉后，就只剩下受余弦變量調(diào)制的交流分量:(2-6)當(dāng)時，即將會出現(xiàn)暗條紋。當(dāng)時，即將會出現(xiàn)明條紋。2.1.3相減模式圖2-3變形前物體表面散板圖圖2-4變形后物體表面散板圖圖2-5變形前后兩幅圖相減產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)字散斑干涉測量法采用CCD經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的兩個數(shù)字散斑灰度場,對變形前后的圖片像素逐點(diǎn)相減取絕對值，從而消掉雙曝光技術(shù)中項(xiàng),實(shí)現(xiàn)對比度的提高。由公式(2-3)(2-4)相減取絕對值得到：(2-7)是兩幅散斑圖對應(yīng)像素的光強(qiáng)差。它包含了高頻載波項(xiàng)以及低頻形成的條紋，即第一項(xiàng)頻率高，表示散板，第二項(xiàng)變化頻率低，表示散斑條紋。如圖2-5所示。當(dāng)時，即時將會出現(xiàn)暗條紋。當(dāng)時，即時將會出現(xiàn)明條紋。通過相減模式可以不用過濾直流分量，而直接得到低頻分量，條紋對比度要優(yōu)于相加模式。條紋本身代表著位移的等值線，因此條紋位置(條紋中心線)的確定對數(shù)字散斑測量變形信息有著重要意義。2.2離面變形測量如圖2-7所示是常用的測量離面位移的電子散斑干涉系統(tǒng),激光被分光鏡分為兩束,其中一束光經(jīng)擴(kuò)束鏡照射在被測物體表面,其反射回來的物光照射在半透半反鏡上,并與經(jīng)反射鏡反射回的另一束光(參考光)在此匯合形成干涉，再由CCD接收。圖2-7測量離面位移的典型散斑干涉光路圖因?yàn)楫?dāng)入射光與成像方向的夾角較小時,可以近似看成光程變化僅與離面位移有關(guān)。但是當(dāng)入射角較大時,光程變化與面內(nèi)位移有關(guān)。圖2-7中像中照明方向和觀察方向都可近似認(rèn)為平行且方向相反。其中分別為照明方向和觀察方向的波失量。根據(jù)光波傳播的理論，即有：(2-10)式中為該測量點(diǎn)的矢量位移，由于均位于XZ平面內(nèi)，所以相位變化量僅取決于離面位移量。結(jié)合公式(2-7)可以看出：當(dāng)時出現(xiàn)黑條紋。即因其僅包含離面位移分量，可見類似的光路布置僅測離面位移量，每一個條紋對應(yīng)著位移量。第三章：環(huán)境搭建及數(shù)據(jù)提取3.1環(huán)境搭建1、依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和具體實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計實(shí)驗(yàn)原理光路如圖2-7所示。圖3-1實(shí)驗(yàn)環(huán)境2、將所需光學(xué)元件取出置于實(shí)驗(yàn)臺上，調(diào)節(jié)各元件的高低使各光學(xué)元件同高，以便于最終光路平面與試驗(yàn)臺平面平行。按照圖2-7所示光路將光學(xué)元件放在光路圖中所對應(yīng)的大致位置。3、先不用擴(kuò)束鏡L1和L3讓物光和參考光均入射至CCD鏡頭，測量參考光光程與物光光程，如果這兩個光程不等，可以適當(dāng)移動實(shí)驗(yàn)物體或相關(guān)的光學(xué)元件位置，使這兩個光程大致相等。4、將擴(kuò)束鏡L1和L3加入光路中，使物光均勻照射在物體表面，使參考光均勻照射到棱鏡B2上，分別屏蔽住一束光對比兩束光的光強(qiáng)，使兩束光的光強(qiáng)大致相當(dāng)，然后遮住參考光，調(diào)節(jié)鏡頭焦距和光圈或前后移動、轉(zhuǎn)動物平面，使物體能夠清晰成像于CCD靶面上。5、再比較參考光與物光光強(qiáng)，通常情況下，參考光光強(qiáng)較強(qiáng)，因此需要調(diào)節(jié)光衰減器（變密度盤），使參考光與物光光強(qiáng)大致相等。最后得到如圖3-1所示的實(shí)驗(yàn)光路。3.2光路校準(zhǔn)1、將電源打開，并打開激光器和防震臺的電源，待激光器工作穩(wěn)定、防震臺充氣完成后打開計算機(jī)桌面上的ESPI軟件。將其置于“A實(shí)時顯”。遮住參考光調(diào)節(jié)光路使圖（8）校準(zhǔn)實(shí)物圖物體清晰成像于計算機(jī)屏幕，在拍攝過程中應(yīng)該將其他的光源都關(guān)閉，以免其他光線對拍攝造成干擾從而使圖片某些部位模糊不清。并按照第二章第一節(jié)所述的方法調(diào)節(jié)出激光散斑顆粒。2、同上所述將ESPI軟件置于“A實(shí)時顯”。遮住物光調(diào)整各種位置使得參考光光斑處于計算機(jī)屏幕中央，并且光場均勻。將物光和參考光都打開，調(diào)節(jié)棱鏡M使物光和參考光共軸以便于物光和參考光形成干涉，在調(diào)解過程中應(yīng)盡量避免造成大的空氣流動影響成像質(zhì)量。按照如上所述的要求可以得到如圖（9）所示的光場。為了改善散斑圖的記錄質(zhì)量，可以適當(dāng)縮小光圈，增大景深，同時適當(dāng)選擇光路中的物距和像距，使被測樣品的像基本布滿整個記錄底片；必要時也可以通過改變物、像距的比例使其測試靈敏度在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGEPAGE443、在上述所調(diào)節(jié)好的光路條件下，將ESPI軟件置于“A實(shí)時顯”然后對物體（如圖（8）所示）充氣，待測量系統(tǒng)穩(wěn)定后靜態(tài)拍攝相干光場的第一幅圖片，如圖（9）所示。對待測物體稍微放氣待系統(tǒng)再次穩(wěn)定后在拍攝第二幅圖片，如圖（10）所示，將圖（10）和圖（9）導(dǎo)入ESPI軟件中利用“靜態(tài)相減”可得如圖（11）所示的變化條紋圖。4、由圖（11）我們可以看見物體表面產(chǎn)生的條紋數(shù)為6，那么根據(jù)本章第一節(jié)的式（3.1.10）我們可以很容易的得到物體表面的離面形變量為。圖（9）初始散斑圖圖（10）形變后散斑圖圖（11）靜態(tài)相減圖5、條紋圖分析：由圖（11）可看到條紋圖呈圓形，這是由于用于校準(zhǔn)的實(shí)物的形狀及結(jié)構(gòu)造成的。校準(zhǔn)實(shí)物（圖（8）），它的邊緣是剛性較好的材料制造的，而中間是剛性相對較差的材料制造的一塊漫反射平面。而且其內(nèi)部是空的再連接一根導(dǎo)氣管，從而可以對其加壓使其產(chǎn)生形變。當(dāng)向物體內(nèi)部充氣時，由于邊緣剛性比中間大，因此中間形變更加明顯，而邊緣的形變可以忽略。在氣壓下各部分所受的壓力大小原則上是相等的，故在物體被測面上他們的形變量是以中心為圓點(diǎn)的同心圓。所以產(chǎn)生如圖（11）所示的條紋圖。3.3圖像采集 ：數(shù)字散斑干涉條紋圖像的分析結(jié)論與展望本文在數(shù)字散斑的理論原理上探討了利用反射式數(shù)字散斑系統(tǒng)對受載壓力容器壁的形變的測量。在本文中充分利用了數(shù)字散斑的非接觸、精度高、實(shí)時顯示等優(yōu)點(diǎn)，準(zhǔn)確有效的得出了預(yù)期的結(jié)果。從上文中可以得出反射式數(shù)字散斑對受載壓力容器壁的形變的測量中有以下優(yōu)點(diǎn)：1、非接觸測量：物體表面形變的測量，在工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)計領(lǐng)域是一個關(guān)鍵課題。許多的工業(yè)、電子器件都要求測量出其在受載下的形變量以便于所在系統(tǒng)有精確的靈敏度。目前工業(yè)生產(chǎn)中主要的測量方法大多數(shù)都是接觸測量，但是在許多工業(yè)機(jī)械和器件中不可能利用接觸測量。該方法主要探討了在某些不能接觸的元器件的表面形變的測量，為測量形變提供了一種比較優(yōu)越的非接觸測量方法。2、高精度：在實(shí)際生產(chǎn)中大多數(shù)測量都要求有很高的精確度。該方法是利用數(shù)字散斑進(jìn)行對物體表面的細(xì)微形變進(jìn)行測量，它的精確度和所用激光的波長大致相當(dāng)，即精確到微米級。這是傳統(tǒng)測量無法達(dá)到的。3、實(shí)時顯示：該方法利用激光散斑場做為待測表面的信息載體，通過電子學(xué)手段記錄、比較和處理散斑場信息。最后以散斑干涉條紋的形式在CCD上顯示出試件表面位移或變形的等值線條紋，是一種集光學(xué)干涉計量學(xué)、電子學(xué)及計算機(jī)圖象處理技術(shù)為一體的自動測試技術(shù)。因此該方法可以實(shí)時顯示物體表面在加載條件下的形變。由于該方法的實(shí)時性，可以直觀的看到加載和形變的變化關(guān)系。這對某些工業(yè)試件要求知道其所受加載下的形變的動態(tài)變化規(guī)律具有重要的意義。本文應(yīng)用電子散斑干涉法對物體表面形變的進(jìn)行了初步研究，該研究可以定量的判斷出形變是否存在，及其存在的區(qū)域。由此在我們加工一些試件時，使他們只有形變尺寸不同，分別對這些試件進(jìn)行加載、相移并用相移法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析，即可得出形變尺寸及載荷的對應(yīng)關(guān)