CCD抽样对傅里叶变换轮廓术的影响

从傅里叶变换轮廓术(FTP)原理入手,分析了傅里叶变换过程中频谱的产生,给出了CCD像元信号强度及其经抽样后的变形条纹的表达式,得出了变形条纹的傅里叶频谱式,其频谱是原连续函数的频谱在频域内的无限重复,即"频谱岛"。频谱中除了基频外,还产生了二级、三级等的高级频谱。给出了抽样条件及满足抽样条件的方法:当抽样频率与光栅基频的比值m>4时可以恢复物体的面形,反之不能;减小抽样间隔可以使m>4。给出了实验结果:当m=2.0883时,物体面形没有恢复;当m=16.6667时,物体面形得到了恢复。实验结果证明了理论分析的正确性。     

基于L-K局域光流的空间视线坐标法面形测量技术

提出了一种基于L-K局域光流的空间视线面形测量技术.测量系统由一个投影仪和一个CCD摄像机组成,采用小投影角度的投影方式.通过投影光线与视线(观测光线)的交点坐标,直接计算得出被测物体三维面形高度分布,其中条纹图中观察位置的变化由L-K光流算法计算得到.建立了在点光源投影条件下投影光线与视线交点坐标、光流与被测物体面形高度之间的关系.模拟与实验结果证明该方法能够准确恢复被测物体高度.与传统面形测量方法不同,视线光流面形测量技术不需要采集多幅条纹图像,也无需计算条纹频率和物体相位值,只需两幅条纹图即可恢复物体面形高度分布.     

双频光栅傅里叶变换轮廓术频谱混叠研究

讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时,可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件,分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用,因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了：当f2<2f1时,f1与f2相互混叠,物体面形难以恢复;当f2>2f1时,f1与f2不相互混叠,物体面形恢复得很好.     

双频光栅傅里叶变换轮廓术频谱混叠研究

讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时,可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件,分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用,因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了:当f2<2f1时,f1与f2相互混叠,物体面形难以恢复;当f2>2f1时,f1与f2不相互混叠,物体面形恢复得很好.     

去噪和非线性效应中滤波方法的选择研究

针对去噪和非线性效应中滤波的特点,分析了去噪和非线性效应的基本原理,给出了矩形滤波、汉宁滤波和门限滤波的方法及其优缺点,比较了这三种滤波方法对傅里叶变换轮廓术(FTP)测量准确度的影响.计算机仿真表明:对于线性系统中的去噪处理,选用门限滤波效果最佳;对于非线性效应中滤波,选用矩形滤波与汉宁滤波效果较佳.实验中主要表现为非线性效应.结果表明:用矩形滤波,物体面形恢复的最好,用门限滤波,物体面形恢复的最差.计算机仿真和实验结果都表明:矩形滤波与汉宁滤波相比较,用矩形滤波效果更佳.     

CCD的非线性与频谱混叠的关系研究

分析了CCD的非线性产生频谱混叠问题,提出了减小频谱混叠的方法.从理论上分析了CCD的非线性产生高频分量的原因,给出了简单的物理解释和解析推导.通过计算机仿真与实验两种方法得出了CCD的非线性导致频谱混叠的结果,再通过计算机仿真方法得出结论：在存在高级次频谱成份的情况下,加密抽样可减少频谱混叠并明显提高FTP的测量准确度.     

用于自适应光学视网膜成像的平场校正方法研究

采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹.在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上,根据视网膜细胞成像的特点,提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正,解决了标准反射率白板图像作为平场校正参...     

应用神经网络的复杂物体三维测量

将神经网络引入基于结构光投影的复杂物体三维面形测量。在测量过程中,利用神经网络强大的函数逼近能力,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位分布信息,获得物体的三维面形分布。应用神经网络方法,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的三维面形测量。该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术,不存在滤波操作,不会在测量过程中丢失被测物体的高频分量,具有更高的空间带宽积和灵敏度,能准确测量出复杂物体的细节,更加适用于恢复复杂物体的三维面形。并且该方法在条纹图存在阴影的情况下与傅里叶变换轮廓术相比,能更好地提取出物体的相位信息,恢复物体的三维面形。模拟及实验均验证了该方法的可行性。     

离轴非球面零位补偿检验的非线性畸变校正

在大口径、快焦比非球面的补偿检验中，入射光线在短距离内发生大角度急剧折转，导致干涉仪面形检验结果图像产生非线性畸变，严重影响了数控小磨盘抛光的位置精度和误差去除效率。为了校正离轴非球面在补偿检验中产生的图像畸变，提出了一种校正非线性畸变图像的方法，通过同心环带法确定畸变中心位置并利用光线追迹建立被检镜到干涉图的映射关系。针对某一光学系统的520 mm×250 mm的离轴抛物面主镜进行了畸变图像的校正，校正结果面形与工件面形的位置偏差降到1 mm以下，满足小磨盘抛光的工作要求。     

主动光学技术在制造标准大反射镜中的应用

介绍了利用主动光学技术校正大型标准反射镜残余面形误差和重力变形的方法 ,研制了用于施加局部作用力的工具———机械式作动器的结构与性能 ,作用力的测定方法 ;位于不同位置的作用力引起的镜面变形量的测定与分析 ,与镜面最小面形误差对应的作动器作用力控制矩阵的求解等。对一块Φ2 30mm、中心厚 18mm、R880mm、玻璃材料为K 9的标准球面镜进行了面形误差校正实验 ,取得了较明显的校正效果。     

用于相移点衍射干涉仪的加权最小二乘相位提取算法

针对现有的相位提取算法只对某些特定的误差不敏感,不能满足高精度光学检测的要求,本文引入一种等间隔多步移相算法—权重待定的加权最小二乘算法。通过在最小二乘算法中添加待定的权重,分析移相点衍射干涉仪中多种误差源对算法的影响,获得多组约束方程,从而确定权重和新算法。对新算法和标准四步算法、Hariharan五步算法进行比对分析,验证了新算法对PZT线性和二阶非线性移相不准、光强的一阶二阶波动和光源频率一阶二阶波动等误差抑制能力远远优于标准四步算法和Hariharan五步算法;新算法对CCD的量化误差、光强噪声、频率噪声的抑制能力也具有一定优势,且对CCD的二阶响应非线性完全不敏感。     

CCD测量误差的研究

为了提高CCD的测量精度,对CCD的测量误差进行了深入分析。以单CCD和双CCD错排,对直径为5.000mm、8.000mm、12.000mm的三个标准杆件直径的测量数据为基础,对CCD测量误差的大小及其影响因素展开研究,重点对测量误差、像素间距间的关系进行了深入分析。对N个像素间距为H的CCD错排进行测量,其最大误差减小为H/N,当被测对象大小刚好是像素间距的整数倍时,测量值以很高的机率靠近真实值,检测零件尺寸时,在极值处分别设置一列CCD像素,调整零件极值刚好位于CCD两相邻像素的中间,能准确地判别零件的合格性。     

基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法研究

针对传统光学成像测量方法对高速运动目标成像帧频低、像质模糊,难以满足对目标形变高精度测量的缺点,提出一种基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法。该方法利用线阵CCD高分辨率、高帧频等优势,通过提取线阵CCD输出目标强度——像素曲线斜率变化率最大点来获取目标所占像素数N的像素数提取方法,同时采用DMD模拟高速运动目标形变过程,配合基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法进行形变测量实验验证。实验结果显示采用该方法对V=450 km/h的高速运动目标进行形变量测量时,可以满足目标形变测量偏差小于0.3 mm,标准差小于0.5 mm,相对误差最低0.01%。实现了高速运动目标形变量的准确测量,为高速磨损测试、高温形变测试、高压形态测试等奠定了基础。     

齿形链板的图像测量

针对齿形链链板的几何参数及圆度提出了一种基于CCD图像的测量方法。在一个系统中实现了尺寸和形状的非接触测量。首先对CCD采集的齿形链链板进行降噪处理,然后用二值化方法分割图像,最后提取图像边缘。在测量尺寸时,使用自编程序计算测量链板的孔径、两直边的夹角、节距,并用最小二乘圆法对圆度误差进行了评定。节距、两直边夹角和圆度误差分别为0.007mm,0.473°和8.4μm,分析了测量误差的原因。实验表明,用该方法对齿形链链板的几何尺寸测量和圆度误差评定是可行的。     

An experimental evaluation method for the performance of a laser line scanning system with multiple sensors

Laser line scanning 3D digitising systems have a wide range of applications. Their working performance is mainly determined by the system calibration procedure and is also affected by the working conditions, CCD camera imperfections, and object surface optical characteristics. Therefore, a comprehensive evaluation of working performance is necessary before and during use. This study proposes an experimental method for the performance evaluation of a laser line scanner (LLS) with 8 scanning sensors developed in our laboratory. This method first obtains the dense point clouds of standard parts composed of disks, cylinders, and squares. Next, the single-layer point clouds located in horizontal planes of different heights are fitted using the least squares method to obtain the enclosed contours S. Three parameters, namely, the standard deviation of the distance distribution between points and S, the mean distance of the distance distribution, and the shape feature sizes, are used to evaluate the performance. The proposed method evaluates both the scanner as a whole and each scanning sensor. Using this method, more comprehensive information can be acquired to evaluate the scanner performance. The experimental results show that the absolute dimension size error and relative error are less than 5 mm and 3%, respectively, and the relative shape error is less than 2%; therefore, the evaluated LLS system can meet the requirements for human anthropometry applications. Although each scanning sensor has different random and systematic error, these errors are the function of measurement depth. These conclusions are helpful for the further use of this scanner system and can be utilised to optimise this LLS system further.     

公共诊断搭载平台双CCD交汇瞄准系统

 CCD交汇测量作为一种非接触式坐标测量技术,在对空间目标进行坐标定位的应用中显示出其独特的优越性。建立公共诊断搭载平台双CCD交汇瞄准系统模型,设计了瞄准成像系统和瞄准调节系统,其中瞄准光学系统物高8 mm,物方分辨率8.3 μm,在61 lp/mm时MTF高于0.5,瞄准调节系统采用双脚万向节机构,完成系统二维指向的调节,通过对采集视频图像的处理,为搭载的诊断设备提供精确的指向。误差分析结果表明：该系统的瞄准精度可以达到16 μm,可安装在公共诊断搭载平台前端。     

线阵CCD立靶系统全视场测量误差分析

基于线阵CCD交汇立靶测量系统空间坐标新误差分析模型,用matlab分析了在图像判读精度为±0.5像素的情况下测量系统整个靶面误差情况。在理论分析基础上,用两相机间距为1664mm的线阵CCD正交交汇立靶测量系统对垂直靶面入射的小钢珠进行了空间坐标测量实验。实验结果表明,在线阵CCD有效靶面内,水平方向误差约为0.5mm,垂直方向误差约为0.8mm;与理论分析结果水平方向误差不超过0.5mm,垂直方向误差不超过1.1mm一致。     

Effect of the nonlinearity of CCD in Fourier transform profilometry on spectrum overlapping and measurement accuracy

In Fourier transform profilometry (FTP), we must restrain spectrum overlapping caused by the nonlinearity of charge coupled device (CCD) and increase the measurement accuracy of object shape. Firstly, the causes of producing higher-order spectrum components and inducing spectrum overlapping are analysed theoretically, and simple physical explanation and analytical deduction are given. Secondly, aiming to suppress spectrum overlapping and improve measurement accuracy, the influence of spatial carrier frequency of projection grating on them is analysed. A method of increasing the spatial carrier frequency of projection grating to restrain or reduce the spectrum overlapping significantly is proposed. We then analyze the mechanism of how the spectrum overlapping is reduced. Finally, the simulation results and experimental measurements verify the correction of the theory and method proposed.     

Effect of the nonlinearity of the CCD in Fourier transform profilometry on spectrum overlapping and measurement accuracy

In Fourier transform profilometry (FTP), we must restrain spectrum overlapping caused by the nonlinearity of the charge coupled device (CCD) and increase the measurement accuracy of the object shape. Firstly, the causes of producing higher-order spectrum components and inducing spectrum overlapping are analysed theoretically, and a simple physical explanation and analytical deduction are given. Secondly, aiming to suppress spectrum overlapping and improve measurement accuracy, the influence of spatial carrier frequency of projection grating on them is analysed. A method of increasing the spatial carrier frequency of projection grating to restrain or reduce the spectrum overlapping significantly is proposed. We then analyze the mechanism of how the spectrum overlapping is reduced. Finally, the simulation results and experimental measurements verify the correction of the proposed theory and method.     

热轧螺纹钢内外径的在线测量

本文讨论了热轧螺纹钢的特性和测量要求，提出了一种在线测量螺纹钢内外径的仪器。它采用线阵ＣＣＤ高速扫描，接收目标自身的辐射，获取其型面图。通过特征点提取、目标位置和温度补偿等数据处理过程得出测量值。现已制成一台样机并进行了一系列实验。轧制现场测试证明，它能够在生产流水线上精确地测量，总误差小于０．１ｍｍ。