基于相位测量偏折术的非球面法线向量测量

非球面可以由其法线汇来表征,即可以由法线距和法线角的关系来描述.提出了一种基于相位测量偏折术(PMD)的非球面反射镜法线向量检测方法.在PMD测量系统中,将待测镜沿光轴方向作相对移动.在移动过程中,由CCD相机扫描待测镜,观察并记录下随待测镜移动而发生变化的条纹图,通过相位分布计算得到非球面法线距和法线角的关系,即非球...     

基于相位测量偏折术的透镜波像差检测方法

根据逆哈特曼检测原理建立了逆光线追迹模型,对透射相位测量偏折术系统进行了分析,并提出了可适用于透镜或成像镜头波像差测量的计算方法。在波像差定义的基础上,通过计算正逆模型光程差的对比在原理上验证了此方法的可行性,通过模拟计算验证了本方法的有效性。结合实际光线标定、系统模型追迹和N步相移算法得到了实际透镜的波像差。在实验中测量一个平凸透镜的波像差,并与干涉仪的测量结果进行对比,两者测得的波像差的RMS差仅为0.03μm,验证了此方法能够精确地测量透镜的波像差。结果表明,本方法具有装置简单、成本低、计算原理简单等优点。在无需干涉仪的前提下,为测量透镜的波像差提供了一种新的离线或在线/在位检测手段。     

影响区域网光束法平差测量精度的初值因素分析

光束法平差是一种高精度的摄影测量优化方法,在大尺寸三维测量中起不可替代的重要作用。但光束法平差优化参数初始值的误差会影响最终结果的优化精度、优化发散以及局部收敛等现象发生。以高精度的区域网光束法平差为研究对象,系统性的对包括重建三维点坐标、图像坐标、外参数旋转角和平移向量四种初值参数对测量精度的影响进行深入分析。模拟研究表明,光束法平差优化将毫米级的重建三维点初值误差降低10倍以上;随着图像坐标定位误差的增加优化精度下降很快,但光束法平差优化精度仍能提高一个数量级;相机外参数旋转角和平移向量初值误差都对光束法平差优化精度影响较大。模拟结论对实际测量实验具有重要的指导意义。     

基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法

针对位相测量偏折术（phase measuring deflectometry,PMD）在光学元件面形的高精度检测中存在面形低阶误差控制困难等问题,介绍了位相测量偏折术检测平面光学元件面形的基本原理,对有关PMD技术的面形改进重建算法、相对检测和四步剪切的系统误差扣除方法的研究进展进行了阐述,分析了基于PMD技术实现对口径398.7 mm×422.8 mm平板玻璃的拼接检测以及平面元件中可能存在的寄生反射影响的消除方法。指出建立的6相机斜率拼接检测系统的检测精度RMS可达1 μm,利用多频条纹法和二值条纹法可有效地消除寄生反射的影响,为大口径光学平面元件的前、后表面面形高精度检测提供一种可行的方案。     

校直误差对平面镜偏折术面形测量的影响

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。分析几何结构标定中校直误差与平面镜低阶面形测量误差之间的关系,给出描述校直误差与面形测量误差之间关系的灵敏度方程和权重因子,并通过模拟和实验结果对其进行验证。结果表明,校直误差会在面形测量结果中引入倾斜、离焦、像散和彗差等像差项,且面形测量误差与校直误差成正比。本研究有助于选择合适的偏折术系统结构,以提高低阶面形测量精度,同时可为偏折术测量中面形误差的评估和分析提供理论指导。     

相位测量偏折术中基于亚像素相移的噪声抑制算法

由于在相位测量偏折术中一般采用数字投影设备或者数字显示设备,相移间隔为若干像素,最小相移量为单个像素,因此对噪声的抑制也是有限的,为此提出一种基于亚像素相移的噪声抑制算法,通过正弦条纹灰度的连续变化来实现亚像素相移,从而增加相移帧数。并采用N-Bucket算法,解决了相移帧数增加后的计算量问题。计算机模拟及实验均表明,该方法可以有效地抑制噪声影响,提高测量精度。为实际应用中合理地选择相移算法提供了理论依据。     

一种基于复合斜条纹的相位测量偏折术方法

在相位测量偏折术（Phase Measuring Deflectometry,PMD）中为获取面形梯度,需要分别获取水平和垂直相移条纹图像,因此所需图像通常较多。为了减少条纹投影幅数,提出一种新的基于复合条纹的相位获取方法,通过将水平和垂直相位信息叠加形成斜条纹,实现基于5幅复合斜条纹的相位获取方法,相位测量精度高于5步正交光栅相移方法。进一步当系统存在非线性响应时,提出了基于7幅斜复合条纹的相位获取方法,可有效消除系统2阶非线性误差。计算机仿真和实验表明所提方法切实可行,其测量精度高于采用同样帧数的正交条纹方法。     

基于数字图像相关的平面物体面形散斑图形偏折术

提出了一种基于数字图像相关(DIC)的散斑图形偏折术(SPD),将二维DIC用于测量镜面的三维面形。用散斑位移代替条纹形变,使偏折术的测量过程更简单高效,只需拍摄两幅散斑图,面形检测精度可以达到微米量级。介绍了SPD的原理与方法,推导了相关公式,对散斑图进行了设计制作。实验测量了一块有机玻璃板的面形,与相位测量偏折术的结果对比,其测量精度接近1μm。     

基于偏折术的角膜地形图测量方法研究

为了提高获取角膜地形图的测量精度,将相位测量偏折术和传统Placido盘法相结合,研究了一种新型的人眼角膜地形图获取方法。将人眼顶点处的法线与相机光轴共线,且与显示器的法线平行。显示器上显示的二维正交条纹图经人眼反射后,被相机接收。利用相位提取算法和迭代算法得到显示器和人眼角膜的坐标,再根据两者的几何关系,进而得到人眼角膜地形图。数值模拟表明模型眼的曲率半径和屈光度的测量精度理论上可达±14.7μm和±0.07D。最后实验上对曲率半径与人眼接近的球面元件进行了测量验证,结果表明,本方法具有测量精度高、装置简单、成本低等优点。     

基于标志点的三维拼接立体偏折法

立体偏折法作为一种非接触式镜面表面三维测量方法,近年来发展迅速。为了解决传统立体偏折法难以测量较大倾角曲面的问题,提出了一种基于标志点的三维拼接立体偏折法。先利用立体偏折法测量不同视角下的曲面子区域的三维点云,同时通过立体视觉测量样品台上标志点的三维坐标,使用标志点坐标进行粗拼接,再通过迭代最近点算法进行精拼接,最终重构出完整的三维面型。实际搭建了一套三维拼接立体偏折测量系统,测量了一个倾角25.8°的光滑凸球面反射镜,拼接后球面拟合误差在3μm以内。实验结果验证了方法的可行性,对立体偏折法应用于大口径和大倾角的复杂光学曲面三维测量具有借鉴意义。     

基于入瞳中心标定的位相测量偏折术光学元件曲率半径测量

对于传统的相位测量偏折术,基于反射定理的测量原理导致其难以完成具有大陡度的大曲率元件曲率半径全口径测量。因此,传统单目偏折术与平面反射镜相结合的测量方法被提出。然而,现有的测量方法中需将安装于显示器上的平面反射镜严格处于45°倾斜状态,并在水平方向与相机光轴的夹角为45°,这无疑使实验装置的调整难度大大增加。提出了一种基于成像透镜入瞳中心标定的测量方法,该方法只需要利用显示器的平移来获得成像相机的入瞳中心即相机的投影中心,而无需精确调整相机和平面反射镜的姿态,操作简单,易于实现。实验中测量了曲率半径均值为8.262 mm的凸球面光学元件,测量得到其每点的平均曲率半径均值为8.321 mm,PV为0.212 mm,相对误差约为0.71%。相比于现有的正入射光路,所提方法不仅实验装置调整难度低,而且还能保证较高的实验测量精度,验证了该方法的可行性。     

显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响研究

偏折术作为一种高精度的面形检测方法,其测量精度不仅依赖于系统参数的标定精度,还受到显示器面形的影响,尤其是对于常用的基于平面镜反射模型实现系统标定的偏折术测量系统,显示器面形还会直接影响系统参数的标定精度。为了研究显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响,首先预设了不同形变量的显示器面形,再依据提出的计算方法分析了其对系统标定精度以及测量精度的影响,结果证明显示器面形不仅会降低系统参数的标定精度,还会在待测元件的面形测量结果中引入较大的低阶项及高阶项误差。最后通过与实验结果对比,进一步验证了所提出方法的正确性,该研究为拼接偏折术检测系统的测量误差提供了一种定量计算分析方法。     

两步相移实现投影栅相位测量轮廓术

提出一种新的投影栅相位测量方法--两步相移法。该方法只需两幅相移条纹图，因此计算量小，速度快。给出了实验及计算结果，并同四步相移法进行了比较，证明了该方法具有较高的精度。     

用于动态测量的双通道光学相位测量轮廓术

提出了利用编码光两个采样值实现相位测量轮廓术的原理。设计了一种偏振分光双通道测量系统，实现了两个采样值的同时记录，因而实现了动态测量，拓展了相位测量轮廓术的应用范围。文中给出了实验结果。     

相位测量轮廓术中时空结合的三频相位展开

提出了一种时空结合的三频时间相位展开方法,提高了三频时间相位展开方法的抑噪能力和相位展开的可靠度。在所提方法中,用灵敏度大于1的条纹代替传统三频时间相位展开法中灵敏度为1的条纹。通过计算这些条纹的截断相位,对其进行空间相位展开,并利用这些展开相位来指导其他两帧高灵敏度截断相位图的展开。与传统三频时间相位展开方法相比,在最高灵敏度条纹空间频率相同的情况下,所提方法缩小了三套条纹之间的频率倍数差,进而减小了噪声对相位展开的影响,提高了三频时间相位展开的可靠度和精度。     

一种新的相位测量轮廓术

首次提出了变精度二次测量轮廓术，利用这一技术，在相位过程中，对有断点及边介区域也能得到正确的去包裹相位值。文中讨论了相位恢复的误差容限。最后，把这一技术用于三维面形测量中，并得到了较好的实验结果。     

光学差拍方法测量波片的相位延迟

本文提出了用双频激光器测量波片的相位延迟方法:光学差拍方法,其测量精度为激光波长的1/6000,优于其他的波片测量方法的测量精度。     

基于条纹偏折法的渐进多焦点镜片屈光度检测

渐进多焦点镜片以其独特的优势崭露头角,适用人群越来越广泛。为了对其进行快速、精确检测,提出了一种低成本、装置简单、易操作的渐进多焦点镜片屈光度检测方法。基于透射式条纹偏折法,通过对镜片引起的光线偏折角进行计算可以快速得到整个镜片屈光度的分布。文中对屈光度检测方法的优缺点进行综述。对透射式条纹偏折法原理进行了分析和研究;构建了基于透射式条纹偏折法的实验装置,介绍了系统中的相机标定和相位解算技术;对渐进多焦点镜片进行屈光度检测实验,对结果进行分析,并与VM-2000进行数据对比实验。结果表明该方法能有效、快速地检测渐进多焦点镜片的屈光度分布,也可推广应用到其他透镜的检测。