Abstract When an object with a rough surface is illuminated using a coherent laser, the scattered light rays interfere to create a three-dimensional speckle field that fills the adjacent space. If the object is displaced or tilted, the entire speckle field moves in response. Therefore, the motion of an object can be measured remotely by tracking the movements of the objective speckle pattern recorded on a lensless imaging sensor placed within the speckle field. It is demonstrated that the same image acquisition can be made using a defocused camera, where the recorded speckle pattern corresponds to the image that would be recorded by a lensless sensor placed at the camera's focal plane. In this paper, this feature is experimentally demonstrated by showing the correspondence between the captured objective and defocused speckle patterns. The effective speckle field sampling position can then be freely chosen by controlling the camera focus distance, rather than needing to move the sensor physically. Furthermore, the defocused speckle patterns are scaled by the optical system in-focus magnification ratio, enabling further tuning of measurement sensitivity. This paper presents a series of displacement and tilt measurements designed to investigate the sensitivity characteristics of defocused speckle imaging. The measurements made at various object distances up to 16 m demonstrate the method's suitability for high-sensitivity remote measurement applications. A strategy to separate linear and rotational components under multiaxial object motion is also proposed.

中文翻译：

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使用散焦散斑成像进行远程表面运动测量

摘要 当使用相干激光照射具有粗糙表面的物体时，散射光线会发生干涉，产生充满相邻空间的三维散斑场。如果物体发生位移或倾斜，整个散斑场会相应移动。因此，通过跟踪放置在散斑场内的无透镜成像传感器上记录的目标散斑图案的运动，可以远程测量物体的运动。证明可以使用散焦相机进行相同的图像采集，其中记录的散斑图案对应于放置在相机焦平面上的无镜头传感器记录的图像。在本文中，通过显示捕获的物镜和散焦散斑图案之间的对应关系，通过实验证明了该特征。然后可以通过控制相机焦距自由选择有效散斑场采样位置，而无需物理移动传感器。此外，散焦散斑图案由光学系统对焦放大率缩放，从而能够进一步调整测量灵敏度。本文介绍了一系列位移和倾斜测量，旨在研究散焦散斑成像的灵敏度特性。在长达 16 m 的各种物体距离上进行的测量证明了该方法适用于高灵敏度远程测量应用。还提出了一种在多轴物体运动下分离线性和旋转分量的策略。而无需物理移动传感器。此外，散焦散斑图案由光学系统对焦放大率缩放，从而能够进一步调整测量灵敏度。本文介绍了一系列位移和倾斜测量，旨在研究散焦散斑成像的灵敏度特性。在长达 16 m 的各种物体距离上进行的测量证明了该方法适用于高灵敏度远程测量应用。还提出了一种在多轴物体运动下分离线性和旋转分量的策略。而无需物理移动传感器。此外，散焦散斑图案由光学系统对焦放大率缩放，从而能够进一步调整测量灵敏度。本文介绍了一系列位移和倾斜测量，旨在研究散焦散斑成像的灵敏度特性。在长达 16 m 的各种物体距离上进行的测量证明了该方法适用于高灵敏度远程测量应用。还提出了一种在多轴物体运动下分离线性和旋转分量的策略。本文介绍了一系列位移和倾斜测量，旨在研究散焦散斑成像的灵敏度特性。在长达 16 m 的各种物体距离上进行的测量证明了该方法适用于高灵敏度远程测量应用。还提出了一种在多轴物体运动下分离线性和旋转分量的策略。本文介绍了一系列位移和倾斜测量，旨在研究散焦散斑成像的灵敏度特性。在长达 16 m 的各种物体距离上进行的测量证明了该方法适用于高灵敏度远程测量应用。还提出了一种在多轴物体运动下分离线性和旋转分量的策略。