精确自动识别莫尔条纹方向角的算法

由于常规莫尔条纹计算方法难以满足速度和精度的要求,本文提出一种快速准确求取莫尔条纹方向角的算法。该算法首先根据直线方向与莫尔条纹方向越接近则均方误差值越小的原理,初步求得莫尔方向角α,之后采用Mean-Shift算法在方向角α附近进一步精确求取莫尔条纹方向角。实验结果表明:采用误差评判指标测试对比度满足5.4%时,提出的算法所获得的莫尔条纹方向角计算精度达到29',同时计算速度相对频域处理方法大幅提高,计算时间为15 ms,满足算法处理速度对实时性的要求。     

基于快速傅里叶变换的条纹图像处理研究

为提高船体扭转角变形测量精度,对双光栅干涉测量法产生的莫尔条纹采用快速傅里叶变换频域处理。采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别对图像进行快速傅里叶变换,对比分析图像频谱,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息。分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中高频噪声,获得莫尔条纹有效信息。实验结果表明,莫尔条纹的频域处理精度远高于空域处理结果,使扭转角测量精度提高到1.2″。     

基于无衍射光莫尔条纹的轴锥透镜锥角测量方法

为了准确地测量轴锥透镜锥角值，根据无衍射光同心圆环间距不随距离改变的特点和莫尔条纹放大的特性，提出了一种基于无衍射光莫尔条纹的轴锥透镜锥角的测量方法。当无衍射光束经分束器分光合束后形成莫尔条纹，平移其中一束光在图像传感器上的位置，实现莫尔条纹数量的变化，通过记录不同莫尔条纹下的中心距离计算出轴锥透镜锥角。实验以锥角为0.5°的轴锥透镜作为被测对象，与CMM测量结果进行比较，该文提出的方法相对测量误差近似为0.54%，重复性为0.86″，验证了该文方法测量轴锥透镜锥角的可行性。     

光电编码器单莫尔条纹测速方法

为了提高编码器的测速精度,研究了基于希尔伯特-黄变换的光电编码器单莫尔条纹测速方法。首先,利用AD采集编码器的单路莫尔条纹光电信号,并将信号序列通过EMD变换,滤除直流分量;然后,利用希尔伯特变换求出信号的相位变化,并通过差分运算求取信号的瞬时频率;最后,结合编码器的具体参数求取编码器的转速。实验结果表明:对某21位编码器进行测速实验,测速误差均方差由0.022 4 rad/s降低到0.013 4 rad/s。此方法测速稳定性高,抗干扰能力强,可用于速度精度要求较高的测速场合。     

应用隧道探索算法提取莫尔条纹偏移量

为了精确提取莫尔条纹偏移量,提出了隧道探索算法,并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹,抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术,追踪分析实验莫尔条纹.首先,追踪各条纹的极大值分布,根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道,调整挖掘宽度,即像素宽度,既实现隧道贯通,又不干预相邻条纹.然后,二值化莫尔图,噪声滤波,滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺,使隧道壁趋于光滑.最后,根据两侧隧道壁的布局,探索条纹隧道走向,提取隧道走向数据,获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角,即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现,最高重建截面温度是492℃,额定电热器表面温度大约500℃,重建截面恰恰在电热器上表面上方,所以重建结果是有效的.     

基于横向莫尔条纹的自准直测角方法

本文提出了基于横向莫尔条纹的自准直测角方法,用遮光原理分析了莫尔条纹的位移放大作用.并基于该方法搭建了原理光路,得到的莫尔条纹信号稳定且能够满足测量需求.在此基础上对系统进行了定量标定,简化了数据处理步骤,实现了动态测量,系统分辨率达到10″,进一步明确将该方法应用到自准直仪中可以有效提高仪器分辨率.     

光栅莫尔条纹信号的细分与辩向新技术

本文提出了一种新的莫尔条纹数字化细分技术 ,即采用新的数字信号处理方法 ,利用 CPU的信号处理能力 ,将读数头输出的两路正弦信号经过硬件辩向电路形成每四分之一周期的正反转中断信号 ,并在中断服务程序中进行角度的加减运算 ,实现莫尔条纹的四细分。同时对这两路信号进行新的构建 ,通过 CPU及 A/ D转换器 ,采用软件编程的方法形成一三角波线性函数 ,并采用新颖的细分算法进行二十细分 ,最终实现莫尔条纹的八十细分 ,角度测量的分辨力可达 1     

扭转角测量系统中焦距误差分析

针对莫尔条纹测量扭转变形方案，分析了双光栅在光学系统存在焦距误差时对扭转角测量精度的影响。通过在传统的莫尔条纹测量扭转角理论公式的基础上引入焦距对于光栅像的缩放效应，推导出含有焦距因子的扭转角测量模型。由模型可知,随着光学系统焦距差异的增大，对应的扭转角也会随之发生较大变化。特别当光栅夹角在小角度范围（1°～3°）内变化时尤为明显，最终影响到扭转变形的测量精度。在设计的实验中，利用2个已知焦距的光学系统，通过采集莫尔条纹图像进行扭转角精度分析，验证了该文提出的理论。     

用人字形光栅检验校正光束准直性

分析人字形光栅副莫尔条纹的特点，研究了一种用莫尔偏折术检校光束准直性的改进方法，利用双场莫尔条纹方向平行性进行判定，此法使用方便且精度可提高一倍以上。     

基于傅里叶变换的高精度条纹细分方法

针对传统傅里叶变换法在提取条纹图相位中存在的能量泄漏问题,提出了条纹图整周期裁剪的方法,可有效抑制能量泄漏对检相精度的影响,提高傅里叶变换法相位计算的精度。在此基础上,提出了一种基于傅里叶变换时移特性的叠栅条纹细分新方法。与传统傅里叶变换法相比,该方法求取相邻两帧条纹图间的相移,只需经过两次傅里叶变换,不需要截取条纹图的基频再逆变换回空域,因此计算量至少减少了一倍,计算速度大大提高。数值计算结果表明,对两束单色平面波形成的条纹,理想条件下细分精度高达10-12量级;对高斯包络调制的条纹,细分精度至少可达10-3量级。     

随机相移阴影莫尔法研究

相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术,但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性,提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。所提方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定,运用3帧随机相移算法提取测量相位,从而极大地简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于是基于随机相移思想,假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知,因此所提方法可有效地降低相移器的应用要求。另外,所提方法在相位解调过程中不受背景光影响,且对条纹图非正弦光强分布不敏感,具有精度高、应用容易的特点。实验表明,所提方法精度高,速度快,优于现有的典型算法。     

用重迭莫尔偏折术测量光楔楔角

本文介绍利用在两束互不相干光作用下的两套莫尔偏折条纹的重迭与否来测量光楔楔角的方法。该法信号读出方便,精度不低于单光束莫尔偏折术。     

激光莫尔干涉谱投影信息提取

分析了真实火箭喷焰的激光莫尔干涉谱,并提取其投影信息,重建了密度场。使用自制的大口径、高灵敏度莫尔偏折仪采集真实火箭喷焰的莫尔条纹图;采用傅里叶变换对莫尔条纹展开技术处理,获得了莫尔条纹的相位分布。根据莫尔条纹边缘提取背景,进一步获得背景相位分布。变形莫尔条纹的形变量通过求相位差获得,进一步提取轴向任意截面的投影信息。应用基于偏折投影的“简单自相关代数迭代重建算法(SSART)”层析流场。等间隔取8个方向的投影进行迭代,重建了截面密度分布图。结果发现,根据火箭喷焰的莫尔条纹,采用傅里叶变换相位展开技术,可以方便地提取任意截面的投影信息。应用SSART技术可以重建截面密度分布。因此,基于偏折投影的“SSART”算法是一种优良的非线性偏折层析重建算法。     

无衍射光莫尔条纹的中心定位方法

无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。     

双螺旋叠栅条纹检测光束准直性的两种方法

介绍双螺旋叠栅条纹检测光束准直性的基本原理,进一步就双螺旋叠栅条纹的特征参量与被测光束发散角(即光束准直精度)的关系进行分析和推导。在分析双螺旋叠栅条纹进行时,首先采用频域低通滤波提取纯叠栅条纹,然后提取纯叠栅条纹的特征参量。提出两种特征参量的提取方法,一种依次进行傅里叶变换计算相位信息的傅里叶变换方法,另一种是受传统时间相移算法启发而提出的空间相移算法,讨论了在两种方法中极坐标的重采样问题和相应的计算公式,并进行了计算机模拟。结果表明,傅里叶变换方法和空间相移算法实质都是获取叠栅条纹全场趋势的平均值,使最终光束发散角的检测具有很高的精度,对自成像条纹周期的检测误差在±2.8‰以内。     

光栅扭矩动态测量系统设计及实现

机械主轴在各种载荷和工作环境下的扭矩测量，国内外一直没有比较好的解决方案。针对这一现状，提出通过在主轴2端安装圆光栅及指示光栅，采用对光栅莫尔条纹计数及细分的方法实现主轴扭矩非接触式动态直接测量。其方法是在将莫尔条纹进行光电转换后，采用集成可编程模拟器件对信号进行放大、滤波和比较，然后利用软核微处理器实现数据采集、处理和控制，从而取代FPGA＋MCU的方式。实验中，测量系统采用1200条刻线的圆光栅，在主轴转速为0～1500r/min的范围内测量其扭矩，扭转角精度小于0.001°。实验结果表明，采用圆光栅莫尔条纹可以达到主轴扭矩高精度测量的要求，为机械主轴测量提供了一种新的非接触式测量方法。     

基于Delaunay三角剖分的反向条纹生成方法

为提高反向条纹生成的速度和精度,提出了一种基于Delaunay三角剖分的反向条纹生成方法.利用投影机坐标系与相机坐标系之间的正向映射关系,将相机坐标系上的相位点组成相位散乱点集合,并进行Delaunay三角剖分.将投影机坐标系上的相位点作为插值点,找出插值点所对应的Delaunay三角形并进行插值计算,插值后即得到预期反向条纹的垂直和水平方向的相位值,利用这些相位值可进一步生成反向条纹.计算机模拟实验和实物仿真实验表明,所提方法在反向条纹生成的速度和精度上均有改进,具有较高的应用价值.     

光栅计量装置中离焦误差的控制

探讨光栅成像式莫尔条纹计量装置中离焦误差的影响，提出用莫尔条纹方向的稳定性来提高光栅定位精度的方法。     

散斑条纹图的自适应窗口滤波方法

针对散斑噪声很难用常用的滤波方法进行滤除,在已有等值线滤波方法的基础上,提出一种更优的自适应窗口滤波方法。由于等值线窗口是在条纹方向图的基础上得到的,深入研究条纹方向的求取方法,提出了一种更为可靠的条纹方向求取算法,在得到高精度条纹方向的同时,还能估计出条纹的密度。使用等值线窗口技术,保持了窗口形状的自适应能力,然后利用对条纹密度的估计,根据条纹的宽度来确定滤波窗口的大小,实现了滤波窗口大小的自适应。最后,根据条纹方向和滤波后的图像可以直接得到条纹密度变化较大的单幅散斑图的相位结果。     

莫尔条纹法测量微小旋转角度的频域分析

利用菲涅耳衍射的频域分析方法,对莫尔条纹复振幅分布公式进行了理论推导,得到了使用两块相同光栅组成的光栅付测量微小角度的原理公式,与利用几何光学等方法得到的结论一致.模拟结果表明:莫尔条纹是光栅付拍现象的最低频率含量,莫尔条纹内含有大量高次谐波;在探测器光学系统放大率一定的前提下,为通过直接测量莫尔条纹宽度的变化达到测量角度变化的目的,必须根据测角精度、探测器的尺寸和分辨率选择合适的光栅付光栅常数和光栅付初始夹角.