单幅彩色条纹投影的不连续物体表面三维形貌测量

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图,由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离,同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图,通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体,利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景,从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。     

小波变换轮廓术在双频光栅条纹中的应用

为了解决非连续物体三维面形测量中所存在的非连续相位解包问题,采用计算机生成的两频率之比为一无理数的电子光栅作为空间载频光栅条纹投影到待测物体表面。另外结合伽博小波变换分析的相位解调原理,在一幅变形双频光栅图像中分析得到两个频率各自所对应的包络相位分布,并且应用钟金钢等所提出的双频条纹查表法进行解包得到确定的调制相位分布。提出的双频光栅-小波变换-查表相位解包法很好地解决了傅里叶变换轮廓术,以及连续相位解包法在非连续物体三维面形测量中所存在的问题。给出了详细完整的理论推导过程、计算机模拟以及实验验证,证实了该方法的可行性。     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

基于传像束的小视场双目结构光三维形貌恢复

提出基于传像束传像和双目结构光相结合的三维测量系统,实现对无法直接成像场景,如爆轰、冲击等环境下的小视场物体三维面形测量。测量时,结构光直接投影到待测物体表面,变形条纹图像首先被成像到传像束前端面,再被传递到传像束后端面,并最终被成像到相机像平面,再由三频相位展开技术计算出对应相位分布后,即可根据双目匹配计算出待测物体高度。实验表明,传像束系统能完成高精度的微小物体三维形貌重建,且由于传像束的引入,增加了测量系统的灵活性。     

基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.     

基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.     

空间编码与灰度投影相结合实现高效3-D形貌测量的研究

介绍了一种结合空间编码与灰度投影来实现高效三维形貌测量的方法。用空间编码完成对被测空间的粗略编码,用灰度投影完成精确编码,将它们结合起来得到被测物体表面丰富的编码信息,作为一种基于三角法的三维形貌测量方法,能够在物体表面非常不连续和外部光照造成的背景光强分布不确定的情况下工作良好。同时,与传统的空间编码方法相比,它大大提高了空间编码的效率。实验表明,该方法用５ 幅图像取得了与灰度码１０幅图像相当的测量结果。     

基于多视方程的高反光物体表面三维形貌测量

双目结构光三维形貌测量技术在测量高反光物体的过程中,左右图像中对应物体表面的不同位置处出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据无效.首先将投影系统作为反向相机并与双目系统共同组成多视系统,然后对物体表面的每一点进行多视系统匹配,接着通过调制度来判断每一像素对应相位的有效性,舍弃过曝光图像区域的像素以获得双视共线方程,最后由整体多视方程同时实现三维点云重建.该方法能够有效解决坐标系转换、多系统重建结果的数据冗余和融合误差等问题.实验结果表明,所提方法在500 mm×700 mm大小的视场范围内能够很好地对高反光物体进行完整的三维形貌测量.     

物体表面形貌的正弦相位调制实时干涉测量技术研究

表面形貌干涉测量技术是一种高精度的非接触式测量技术,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。提出一种实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉测量新技术。该技术用激光二极管作光源,用自制的高速图像传感器探测干涉信号,通过信号处理电路实时解相得到被测表面所对应的相位分布,实时分析相位获得物体表面形貌。该技术消除了光强和部分外界干扰的影响,提高了系统的测量精度。楔形光学平板表面形貌的测量结果表明,测量点为60×60个的情况下,测量时间小于8.2 ms,重复测量精度(RMS)为4.3 nm。     

基于自适应条纹投影的彩色物体三维形貌测量

针对三维形貌测量技术中彩色物体表面反射率的非均匀性影响测量结果的问题,提出一种基于自适应条纹投影的三维形貌测量技术,该方法可避免彩色物体表面反射率非均匀的影响,提高系统的测量精度。彩色相机采集RGB光强图像,并根据物体表面颜色的反射特性计算每个像素点的最优投射光强和颜色;采集水平和垂直的正弦条纹序列,利用计算所得绝对相位值将相机图像坐标系中每一个像素点的最优投射光强和颜色映射到投影仪像素坐标系;投射自适应条纹序列进而测量彩色物体的三维形貌。实验结果表明,该方法能够有效测量彩色物体三维形貌,具有很高的测量精度。     

Optical Differentiation Phase Measurement Using the Bias Shifting Method

A new optical phase measurement method using a differentiation filter is proposed. The new method uses two images obtained by shifting the filter. This method has an advantage in that non-uniformity of the wavefront intensity does not produce errors. We present herein the theory of the newly proposed method and verify the theory by computer simulation. The effects of non-uniformity of the wavefront intensity, noise, and bias shifting length for errors are discussed. The system has been demonstrated for a plane wave and a spherical wave. For the proposed method, although the number of errors due to noise increases, the number of errors due to non-uniformity decreases. Therefore, the proposed method is useful for the phase measurement of a wavefront for which the intensity is not uniform. In addition, it improves the accuracy of the phase measurement system using a differentiation filter.     

PN9000相位噪声测试系统扩频方法研究

在航天测控领域,相位噪声指标已成为系统性能的限制性因素,精确测量载波的相位噪声显得尤为重要;PN9000相位噪声测试系统可直接应用于相位噪声测试,具备测试灵敏度高、系统稳定、测试快速等优点;随着航天测控领域所用频率的不断提高,针对PN9000相位噪声测试系统基本配置的频率范围已无法满足测试需求的问题,为满足PN9000相位噪声测试系统扩频需求,文中提出基于相位检波器法(基本型)和基于中频相位检波器法两种扩频方法,并对两种方法进行原理分析和实验验证;根据实验结果,两种方法均能有效实现扩频功能,但在系统本底相位噪声及经费使用方面各有不同特点;文中提供的方法及实验数据,对PN9000相位噪声测试系统扩频升级及配件选购等具有很好的借鉴作用。     

双频光栅轮廓术的研究

在投影栅相位法轮廓检测中,当物体含突变部分时,包裹相位很难准确恢复,对此可用双频变精度技术来解决。如果用两种不同频率光栅分两次进行测量,无疑增加了测量负担,也无法满足实时检测的要求。提出用软件生成两种不同频率成分的复合正弦光栅,用液晶投影仪投影,针对不同物体具体突变部分的情况,可灵活生成各种不同灵敏度的复合光栅。只采一次图像就可以达到以往双频技术中多次采集的效果,该法具有快速和去包裹精度高的特点。最后,进行了实验测试,结果非常满意。     

Study on the Phase Detecting Laser Interferometric System with Computer Generated Hologram

ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｈａｓｅＤｅｔｅｃｔｉｎｇＬａｓｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ￥ＤＡＩＸｉａｏｆａｎｇ；ＣＨＥＮＸｉｎｇｗｕ；ＷＥＩＹａｏｌｉｎ；ＣＨＥＮＢｅｎｚｈｉ；Ｗ...     

新型静态偏振风成像干涉仪理论探测误差的分析与计算

简述了新型静态偏振风成像干涉仪的原理,推导出一般情况下系统的Jones矩阵.在此基础上计算了系统中各偏振器件重要参数在非理想情况下对风速和温度探测结果的影响.利用计算机模拟对探测误差进行了分析,并按照系统精度要求从理论上提出了各重要参数的误差容限.该研究为新型静态偏振风成像干涉仪的研制、定标及后期数据处理提供了理论依据. 关键词： 静态偏振风成像干涉仪 Jones矩阵 方位角误差 相位延迟量误差     

An opto-electrical method for measuring the gap of LCD glass plates

We focus on the experimented system development for the measurement of the gap of LCD glass plates. The measurement system includes a laser light source, lens module, image capturing system and the algorithm for calculation of the position of light spots. We emphasize the structure of laser triangulation in an optical system. The software is focused on the algorithm for calculating the position of light point, including centroid calculation method (CCM) and Fourier phase shift (FPS).

Furthermore, to verify the feasibility of the algorithm, we use computer software to simulate experiments. We also discuss the contribution of the noise to the accuracy for the CCM and FPS. To complete the development of the opto-electrical measurement system and to verify the accuracy for the hardware architecture, we use a novel mechanism of multi-track and concentricity, laser light source, lens module, and image capturing system.     

Calibration of high-frequency hydrophone up to 40 MHz by heterodyne interferometer

A calibration technique for high-frequency hydrophone utilizing a heterodyne interferometer is presented in this article. The calibration system is mainly composed of optical and signal processing modules. In the displacement measurement, a pellicle is mounted at the surface of water to avoid acousto-optical interaction. The phase modulated carrier signal is digitized and transferred to the computer, then processed by digital phase demodulation. A phase unwrapping algorithm is employed to remove ambiguity of the arctangent function and has proven effective in large displacement measurements. Pellicle displacement and voltage output of the hydrophone in focused ultrasonic field are processed by DFT to determine the amplitudes of the fundamental and harmonic components. Experiments show that the heterodyne technique can provide hydrophone calibration up to 40 MHz, with a slightly smaller sensitivity compared with the National Physical Laboratory (NPL) calibration results for most frequency ranges. Since the heterodyne technique is independent on assumptions about the geometry of the ultrasonic field and the performance of the transducer, it can be easily extended to high frequency and high power ultrasound measurement applications.     

基于条纹反射术的槽式抛物面单元镜面形测量

针对太阳能热发电槽式抛物面聚光器单元镜面形测量的问题,采用条纹反射技术和时域相移解包裹技术相结合的方法,在三维轮廓测量系统模型的基础上,建立了一个结构简单、易操作的测量系统。在对系统设备无任何严格要求的前提下,利用投影仪向投影屏幕上投射正弦条纹,由相机拍摄记录单元镜反射产生的条纹,根据标定的系统参数及三维轮廓测量系统模型来计算单元镜表面面形。通过现场实验,获取了单元镜的面形分布情况,结论证明该测量方法的可行性。该测量系统的建立为以后的测量工作提供了一定的参考,并在太阳能热发电领域有很好的应用前景。     

基于通用运动控制器的磁场点测台控制系统

磁场点测台是加速器领域测量磁铁和波荡器等磁元件的主要设备之一, 其需要在快速精确的控制系统支持下工作。中国工程物理研究院应用电子学研究所近期搭建了一套磁场点测台, 并基于通用运动控制器(UMAC), 设计开发了该磁场点测台的控制系统。系统采用了上位机工控机和下位机UMAC两级计算机控制的层级结构, 可以充分发挥其各自优势: 下位机UMAC可以快速、精确地控制电机动作, 因此下位机程序负责控制六轴运动平台以go-stop模式运动; 上位机工控机数据处理和存储能力强, 因此上位机人机交互界面负责收集、记录和显示磁场数据, 并负责设定磁场测量参数和监控运行状态。两级计算机动作的同时性通过触发信号来保证。     

一种测量亚像元CCD拼接误差的方法

提出一种利用高倍率显微计算机系统（由工具显微镜，CCD摄像头、配有图像采集卡的计算机及相关软件等组成）测量亚像元CCD拼接误差的方法，建立了测量模型，并对实测结果进行了统计分析处理。