干涉仪移相器相位移π/2标定方法的研究

干涉仪移相器的相位标定在很大程度上决定了移相干涉仪的测量精度。本文是用傅里叶变换的原理,测量出推动移相器移动的压电陶瓷堆(PZT)的微位移量,并在此基础上提出了一种用空域滤波法得到干涉因光强分布,并判断其移相误差从而校正移相器步进π/2的方法。本文组建了一套数字平面干涉仪,对干涉仪移相器进行实验,在5步法情况下其移相误差在0.5%以下。     

自适应压电式移相器的研究

移相器是移相干涉仪中的重要部件,压电式移相器由于分辨力高、响应快、控制容易而被大量采用。但压电陶瓷的非线性误差与位移量小,一直影响其应用范围的扩大。针对该问题,从压电式移相器机构与扩展方法入手,设计了具有放大特性的柔性铰链式移相器。采用单神经元(Proportional sum derivative,PSD)控制算法,实现微驱动定位的自适应实时控制,改善了非线性,降低了环境干扰的影响,提高了压电式移相器的性能。所设计的压电式移相器用3组压电陶瓷堆驱动,可用于100 mm孔径镜片,位移行程达30μm以上。实验验证该方法有效,控制精度达0.01μm。     

基于迟滞非线性补偿系统的光学元件形貌检测

为了减少相移干涉仪中压电陶瓷致动器进行相移时,其迟滞非线性对相移算法中的相位计算带来的误差,设计了一套压电陶瓷致动器的控制系统.利用高精度电阻应变传感器和基于锁相放大原理的信号调理电路检测压电陶瓷致动器位移,建立多项式数学模型描述迟滞非线性,然后提出了一种前馈开环控制方法补偿其迟滞非线性.最后,基于所提出的方案对压电陶瓷致动器进行了期望轨迹的跟踪控制实验,同时将补偿控制系统与干涉仪相结合检测光学元件表面形貌.实验结果表明:补偿后,压电陶瓷致动器的跟踪误差在-0.156μm与+0.078μm之间,迟滞非线性度由10.4%降到2.4%,且干涉仪所测得的光学元件表面面形起伏高度均方根和峰谷分别改变了0.795nm和3.937nm.该系统对于高精度的光学元件形貌检测具有重要的意义.     

移相干涉技术中移相器的自校正方法

移相干涉技术（ＰＳＩ）是８０年代兴起的一门干涉图形自动识别技术，移相器作为移相干涉技术的关键部件其移相误差将直接影响到移相干涉技术的干涉图的识别精度。本文提出了一种移相器的自校正方法，即利用移相干涉仪的自身系统，通过快速傅里叶方法，对移相器进行逐步逼近校正。结合移相式红外干涉仪的研制，给出了一组移相器的自动校正的实验，实验表明，校正后的移相器的非线性误差可由原来的５％降低到０．２％。     

原子力显微镜的压电陶瓷非线性及图象畸变的校正

研制了卧式原子力显微镜(AFM)系统,讨论压电陶瓷的非线性及AFM图象畸变的软件校正方法.提出利用光束偏转法精确测定XY扫描器压电陶瓷的伸长量与控制电压之间的相互关系,得到压电陶瓷的非线性曲线;根据非线性的偏离程度,通过扫描软件对X和Y方向的扫描电压作逐点补偿,据此有效地校正图象畸变.并给出分别用未校正软件与校正软件扫描获得的部分样品的AFM图象.     

偏振激光干涉仪的非线性误差实时校正方法

提出一种偏振激光干涉仪的误差校正方法,可实时地对干涉信号的非线性误差进行校正。由于单频激光干涉仪中的光电元件存在的参数误差和位置误差以及外界环境因素的影响,使得输出的4路干涉信号的正交性受到破坏,产生了非线性误差。基于椭圆匹配原理,给出了非线性误差的校正算法和判据。对干涉信号的参数特征进行实时地统计与估值,并借助于对干涉条纹实现16384点细分,从而得到皮米级的位移测量分辨力。搭建了零差偏振激光干涉仪及振动实验装置,对校正前后的信号进行了对比实验。结果表明,经过非线性校正干涉仪信噪比提高超过30dB,测量的分辨力优于10pm/Hz1/2。     

低压微位移驱动电路及控制方法

讨论了低压微位移驱动电路及控制方法在光电轮廓仪上的运用。采用低压驱动电路驱动压电陶瓷相移器对参考光束进行相移，从而使仪器质量减轻、体积缩小、成本降低。在运用该电路时，为了解决压电陶瓷低电压区非线性误差大的问题，用PC计算机控制压电陶瓷上所加电压的电压值，由摄像头摄取图像并计算出干涉条纹的间隔，然后由PC计算机修改压电陶瓷上所加的电压值，直至干涉条纹相位差达到要求值。该方法的优点是：可消除压电陶瓷低压区的非线性误差，使得开环电路得到闭环的效果；可降低机械零部件的装配难度。     

迈克尔逊干涉仪干涉条纹变形的快速校正

本介绍了快速校正迈克尔逊干涉仪干涉条纹变形的两种方法。     

基于系统非线性校正与滤波的相位测量

相位测量系统中投影仪输出与CCD输入变形条纹光强之间的非线性导致频谱混叠,影响测量精度,为了消除他们之间的非线性关系,提高相位测量精度,分析了系统非线性产生的基本原因,提出了一种基于系统非线性校正与滤波的相位测量方法.首先校正由投影仪中伽马畸变产生的系统非线性,然后采用低通滤波器对校正后输出的频谱进行滤波,只保留频谱中的基频成份,最后采用四步相移法对变形条纹进行相位测量.MATLAB仿真与实际实验结果表明,所提方法的系统非线性校正与滤波效果较好,有助于提高相位测量精度.     

使用背照减薄型CCD的色散型超光谱成像光谱仪中近红外波段干涉条纹现象的研究与校正

使用背照减薄型CCD器件的色散型超光谱成像光谱仪在近红外波段会出现条带状干涉条纹,严重影响其在近红外波段附近的光谱分辨率。为解决该现象,建立了类似于法布里-珀罗干涉仪的多光束干涉模型,估算出700~900nm范围内干涉条纹的强度分布并以实测数据对该模型进行了验证,分析了CCD光敏区厚度和干涉现象之间的关系。在此基础上,采用包括频域滤波在内的改进的平场校正算法,对干涉条纹的图像进行了校正,在751.83~1 010.04nm的范围内,校正效率达到96.6%,试验结果表明,该算法可有效的消除超光谱成像光谱仪近红外波段上的干涉条纹现象,提高光谱分辨率。     

双步相移光栅投影测量轮廓术

双三步相移算法证明可以较大地减少数字光栅投影测量轮廓术的测量误差,基于理论分析与实验验证,针对常用的四步、五步相移算法,提出了相应的双四步、双五步相移算法。通过两次传统相移算法得到两幅主值相位图,直接融合两幅主值相位图即可获得测量所需的相位信息,与已有的针对两幅展开相位进行相位融合方法相比,此方法实现简单且更加有效。相较于双三步相移算法,双四步和双五步相移算法实现简单且能够极大地减少测量误差,仅需通过投影2倍数目传统相移算法所需的投影光栅,且可保持常用三步、四步及五步相移算法固有的优点。     

基于调制方向提取载波散斑条纹中心线的方法

条纹中心线法是一种重要的电子散斑干涉条纹解调方法,其前提条件是获得高准确度的条纹中心线.本文在分析载波电子散斑干涉条纹自身特征的基础上,提出了一种基于载波条纹调制方向提取条纹中心线的方法.该方法首先通过同态滤波有效滤除高频乘性散斑噪音,提取出载波条纹;然后应用基于调制方向提取中心线算法确定载波条纹灰度极值点并做二值化处理;再采用基于中心线拟合或者基于条纹间距的边沿中心线补偿法,获得完整的条纹中心线图.实验结果表明:该方法简单、可靠,能快速、准确地提取出连续的中心线.     

基于调制方向提取载波散斑条纹中心线的方法

条纹中心线法是一种重要的电子散斑干涉条纹解调方法,其前提条件是获得高准确度的条纹中心线.本文在分析载波电子散斑干涉条纹自身特征的基础上,提出了一种基于载波条纹调制方向提取条纹中心线的方法.该方法首先通过同态滤波有效滤除高频乘性散斑噪音,提取出载波条纹;然后应用基于调制方向提取中心线算法确定载波条纹灰度极值点并做二值化处理;再采用基于中心线拟合或者基于条纹间距的边沿中心线补偿法,获得完整的条纹中心线图.实验结果表明:该方法简单、可靠,能快速、准确地提取出连续的中心线.     

电寻址液晶光阀系统上的叠栅条纹的观察与测量

利用电寻址液晶光阀系统生成叠栅条纹,对教学实验室中较难实现的圆形光栅及其动态叠栅条纹进行了模拟,并且利用电寻址的动态叠栅条纹测量了圆形光栅转速.此外,提出了远场衍射观察光线偏折的方法.     

基于条纹中心线的载波散斑条纹解调方法

针对传统傅里叶变换法在处理含有多突起的载波散斑条纹图时,由于存在频谱展宽会出现严重的解调相位失真,提出了一种基于条纹中心线的载波散斑条纹解调方法.根据载波调制时所采用平行调制方式和倾斜调制方式,分别从理论上对相关的中心线解调法进行数学推导,并进一步采用最小二乘三次曲面拟合法获得被测物面全场的离面位移信息.实验结果表明:利用上述中心线解调法和曲面拟合法能解调出复杂的载波条纹图,并获得具有亚像素定位准确度、连续光滑的全场离面位移信息.     

相位编码条纹投影轮廓术的相位展开误差校正方法

相位编码法是条纹投影技术中常用的一种相位展开方法。然而，受到随机噪声、图像采样、系统离焦等因素的影响，条纹阶次与包裹相位的对应关系容易被破坏，从而引入相位展开误差。根据相位展开误差的分布特点，提出一种附加二值条纹的相位展开误差校正方法。引入的二值条纹与相位编码条纹的码字存在半周期错位，使得计算出的2组条纹阶次值具有互补性，利用两者的互补性可以有效地消除相位展开误差。仿真和真实实验均表明，该方法能够准确地恢复出被测物体的绝对相位，具有较高的可靠性。     

Deformation measurements of dragonfly's wings in free flight by using Windowed Fourier Transform

Grating Projection method was used to measure the height distribution of dragonfly's wings in free flight. Then the fringe patterns on the dragonfly were recorded by a high-speed CCD camera. Since the fringe patterns recorded in such a way have poor contrast and brightness, Windowed Fourier Transform (WFT), which is insensitive to noise and fringe amplitude, was used to process the fringe patterns to extract the phase. Finally, the height distributions of dragonfly's wings in free flight were obtained by using the Weighted Least-Squares Phase Unwrapping method. The choice of integration limits and the size of the window of WFT are briefly discussed here     

基于梯形与正弦相移算法的非线性误差校正北大核心CSCD

相移轮廓术是一种广泛使用的光学三维测量方法,其精度不仅受相位展开算法本身的影响,也受测量系统中投影仪和摄像机的非线性影响。理论上,投射更多的相移条纹可减弱非线性误差的影响,但是增加了测量时间。为了提高误差校正的效率,提出了一种基于梯形正弦相移的测量方法。该方法需要两组改进的梯形相移条纹和一幅正弦条纹。梯形条纹提供图像强度信息和条纹级次信息,图像强度信息用来求取系统的非线性响应曲线,进一步消除系统的非线性。正弦条纹经过希尔伯特变换可求得额外的条纹图像,用来计算截断相位信息。经过校正的截断相位信息,可进一步获取精度较高的三维信息。相较于先前的梯形与正弦误差校正方法,该方法的测量效率提高了28%。     

An automatic processing technique for accurate surface form measurement

A single shot algorithm using a Fizeau interferometer was used to measure the form profile of a spherical smooth surface by means of fringe thinning process, which plays an important role in fringe patterns analysis. In this paper, an automatic processing technique based on the fringe thinning process is presented. The circular interference fringe pattern of the spherical smooth surface captured by the Fizeau interferometer was corrected by using the flat fielding method and then processed. Based on the fringe thinning and the assignment of the fringe orders, the information on the fringe feature was recovered automatically and the interference wavefront was reconstructed by the Zernike polynomial fitting method. The results were compared with the results measured by Bünnagel method, and the results were in good agreement. This means that the single shot algorithm is reliable, fast, and less sensitive to vibration and turbulence in surface form measurements. Simulation fringes with the ray tracing technique were obtained to match the practical fringes.     

Center positioning of circular interference fringe patterns for fine measurement

A kind of center positioning method of the circular interference fringe patterns was reported in this paper. The whole process was programmed by Matlab for processing the gray-scale images without denoising preprocessing and binary format transformation. The gradient vector field (GVF) based on a complex-valued cost function was used to extract the skeletons of circular interference fringe patterns, and the coordinate of the center was calculated by statistical method in which partial skeletons were selected to calculate the center according to the space topological relationship. Finally, subpixel accuracy and perfect anti-noise ability of the proposed method are demonstrated by the simulation and experimental fringe patterns, respectively. Thus the technique can be used in precision measurement and fine interferometry.