本发明具体提出了基于激光干涉成像双接收光路的非球形粗糙粒子形状和尺寸的测量方法，属于光学测量领域。
背景技术：
粒子场参数测量遍及许多工业及研究领域，如农业、矿业、食品、化工、建材、冶金、机械、医药等。粒子在产生、运动、碰撞等过程中形状会发生改变，不规则形状的粒子广泛存在于粒子场中影响着生产生活、工业制造等，因此对非球形粒子的研究也具有重要意义。激光干涉成像是一种实时、快速、非接触的粒子测量技术，该技术对球形粒子的研究已经比较成熟。但非球形粗糙粒子的散射光特性也包含其形状和尺寸信息，因此激光干涉成像技术是获取非球形粗糙粒子形状和尺寸信息的一种有效方法。
对于非球形粒子的研究，专利cn105866013a公开了一种基于两幅激光干涉成像离焦干涉图的球形粒子判别系统及方法。该方法利用激光干涉成像原理用两个ccd同步工作,分别接收偏振方向和与入射光相同和垂直的粒子散射光的离焦干涉图,利用起偏器、检偏器调节散射光偏振方向与入射光偏振方向的角度,根据两幅图像的差异实现对球形粒子的判别测量,从而得出粒子是否为球形的结论。专利cn106092859a公开了一种基于激光干涉成像和同轴全息的粒子形状判别系统及方法。该方法搭建了激光干涉成像和同轴全息成像双光路系统。利用片状激光束照明粒子，通过观察粒子散射光在离焦像面形成到的不同干涉条纹图推断粒子的形状。另一光路系统获得发生干涉粒子的同轴全息图并且对全息图进行重建得到粒子的轮廓。然后将全息重建图与对应的粒子干涉条纹图进行匹配得到准确的粒子形状判断结果。专利cn104807738a公开了一种单气溶胶粒子实时检测方法和检测装置，通过同步采集大气中单个气溶胶粒子的前向和侧向散射图样进行分析处理，能够判别粒径小于2.5μm的粒子形状。
技术实现要素：
本发明提出一种提供非球形粗糙粒子形状和尺寸的测量方法，利用双光路系统采集到的粒子的聚焦像和离焦散斑图像实现对粗糙粒子形状的判断和尺寸的测量。本发明提出的技术方案如下：
一种基于激光干涉的非球形粗糙粒子形状和尺寸测量方法，包括下列步骤：
i、搭建激光干涉成像双光路测量系统，用两个ccd同时接收粒子散射光，第一ccd位于成像系统的聚焦像面，接收粒子的聚焦像，第二ccd位于成像系统的离焦像面，接收粒子的干涉离焦像；
ii、对第一ccd记录的聚焦像进行图像增强，获得粒子的形状信息；对第二ccd记录的离焦像做2d自相关运算得到离焦像的2d自相关图像，寻找2d自相关图像中心亮斑的最小尺寸方向确定粒子的最大尺寸和方向，并计算与其相垂直方向粒子的尺寸，根据离焦像2d自相关图像与粒子尺寸之间的关系，确定粒子尺寸，最后获得粒子的尺寸信息；
iii、综合分析形状信息和尺寸信息，给出不规则粒子形状和尺寸的干涉成像测量结果。
优选地，激光器发射的光经过扩束针孔滤波后再经过凸凹两个柱透镜压缩后成为片状光束照射到粗糙粒子上，在90°散射角下通过第一ccd收集其散射光，散射光经过分束后由第二ccd收集，从而分别得到聚焦图像和离焦图像。
本发明利用激光干涉成像原理用两个ccd同步工作分别采集粒子特定散射角下散射光的聚焦图像和离焦图像，通过对聚焦图像进行图像增强可得到粒子的形状信息，通过对离焦图像做2d自相关运算并根据2d自相关峰中心宽度与粒子尺寸之间的关系得到粒子的尺寸信息。此方法可实现对粒子场信息更加准确的描述。
附图说明
图1是本发明的计算流程图。
图2是本发明的激光干涉成像双接收光路系统原理图：
图中，1半导体激光器，2显微物镜，3针孔，4准直透镜，5凸柱透镜，6凹柱透镜，7载玻片，8成像镜头，91:1分束器，10第一个ccd，11第二个ccd。
图3是本发明的不同形状粗糙粒子模拟图，图3(a)为各形状粒子表面散射光的分布在xoy平面的投影；图3(b)为图3(a)中粒子的干涉离焦图像，图3(c)为离焦图像的2d自相关图像；图3(d)2d自相关图像的彩色图像。
图4是对砂砾的干涉成像实验图。图4(a)为砂砾的聚焦图像，图4(b)为砂砾的离焦图像，图4(c)为离焦图像的2d自相关图像，图4(d)为2d自相关中心亮斑的放大图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
根据图2所示的实验原理图实验装置，其中：激光器1为波长532nm的半导体激光器，最大功率为4w，扩束针孔滤波由放大倍率为10×的显微物镜2和大小为10μm的针孔3组成，准直透镜4焦距为150mm，凸柱透镜5焦距为200mm，凹柱透镜6焦距为-9.7mm，载玻片7尺寸为25mm×75mm×1mm，成像镜头8焦距为50mm，光圈f＝1.4，分束器9分束比为1:1，ccd传感器10和ccd传感器11参数相同，有效像素数为1280*960，像元大小为6.45μm*6.45μm，帧频为15fps。
经过凸凹两个柱透镜压缩后成为长度13mm、宽度约1.0mm的片状光束，并用该光束照射粘在载玻片上的粗糙砂砾，在90°散射角下收集其散射光；测量时，系统放大倍率m＝1.77，物距z1＝78mm，ccd传感器10的成像距离z2,focus＝138mm，ccd传感器11的成像距离z2,focus+δp＝162mm，离焦距离δp＝24mm。此时成像系统的总传输系数btot＝z1+z2-z1z2/f＝12.7。
本发明的测量方法如附图1所示流程，步骤如下：
i、搭建激光干涉成像双接收光路测量系统，同时用两个ccd分别获取聚焦图像和离焦图像，ccd10记录粒子的聚焦图像，ccd11记录粒子的离焦散斑图像。
ii、图3是不同形状粗糙粒子模拟图，图3(a)为各形状粒子表面散射光的分布在xoy平面的投影；图3(b)为图3(a)中粒子的干涉离焦图像，图3(c)为离焦图像的2d自相关图像；图3(d)为离焦图像的2d自相关图像的彩色图像。模拟结果表示粒子的尺寸与其离焦图像的2d自相关中心亮斑的宽度有关。
iii、选用单个砂砾进行干涉成像实验，实验结果如图4所示。图4(a)为砂砾的聚焦图像，图4(b)为砂砾的离焦图像，图4(c)为离焦图像的2d自相关图像，图4(d)为2d自相关中心亮斑的放大图像。对图4(a)做图像增强可以获得砂砾的形状信息，通过计算图4(d)中心亮斑的宽度可以得到砂砾的尺寸信息。