基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的CCD亚像素标定技术

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量长焦透镜焦距,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.分别采用Canny算子和形态学方法对光栅的栅线中心进行像素级定位,再用高斯曲线拟合对其进行亚像素定位.经过对标准条纹的标定,验证了该方法的条纹中心定位误差小于0.1个像素.采用光栅作为系统的自基准对CCD像素当量进行了亚像素标定,为条纹斜率和宽度的计算提供了可靠的测量基准,经过计算,采用这些数据计算的焦距误差为0.10%.     

基于图像处理的莫尔条纹测量的CCD亚像素标定

 Talbot-Moiré技术是目前长焦距测量研究的热点。利用Talbot-Moiré技术测量长焦距时,很多都需要测量莫尔条纹的宽度或斜率,而CCD的标定精度直接影响测量精度,因此需要对CCD精确标定。文中提出采用光栅作为系统的自基准进行标定,再用图像处理的方法标定CCD。为了检验该方法的精度,在MATLAB中生成一个标准条纹图案,用图像处理和灰度拟合对其进行亚像素定位。经过对标准条纹的标定,验证了采用该文的定位方法条纹中心定位误差小于0.1个像素。最后用光栅为自基准标定了CCD,并与量块的标定结果进行了对比,证明该文的标定方法不但简单可行,而且精度较高。     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法的长焦透镜焦距

 长焦距测量的Talbot Moiré法是研究热点,目前很多方法虽然都是基于Talbot现象和Moiré技术,但基本原理和实验方案各不相同,因此焦距计算公式也不相同。基于透镜位相变换作用,利用Talbot效应和Moiré条纹,通过图像处理的方法获得条纹的斜率变化,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的关系求得透镜焦距。由于长焦透镜的焦距相对于被测透镜厚度大得多,完全可以看作是薄透镜对光束的变换,可用薄透镜对球面波的变换作用来近似表示其对高斯光束的变换。因此,该方法测量长焦透镜焦距对于高斯光束与非高斯光束焦距测量结果无差别,均适用。最后全面分析了该测量方法的误差及精度极限。在影响测量精度的各个误差因素中,光栅节距误差对焦距测量的影响最为显著。     

基于Talbot-Moiré法的长焦透镜焦距测量的极限精度分析

长焦距测量的Talbot-Moiré法是研究热点,目前很多方法虽然都是基于Talbot现象和Moiré技术,但基本原理和实验方案各不相同,因此焦距计算公式也不相同。基于透镜位相变换作用,利用Talbot效应和Moiré条纹,通过图像处理的方法获得条纹的斜率变化,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的关系求得透镜焦距。由于长焦透镜的焦距相对于被测透镜厚度大得多,完全可以看作是薄透镜对光束的变换,可用薄透镜对球面波的变换作用来近似表示其对高斯光束的变换。因此,该方法测量长焦透镜焦距对于高斯光束与非高斯光束焦距测量结果无差别,均适用。最后全面分析了该测量方法的误差及精度极限。在影响测量精度的各个误差因素中,光栅节距误差对焦距测量的影响最为显著。     

光学测试

光学元件测试与设备 TB921∥TH703 2004021455 利用莫尔条纹的计算机图像测量长焦距透镜焦距=Measurement for the long focus length of lens by images of Moire fringes[刊,中]／纪俊(中国科学技术大学天文与应用物理系．安徽,合肥(230026)),姚昆…∥量子电子学报．—2003,20(2)．—241-245 利用两块空间频率相同的黑白光栅产生的莫尔条纹来测量长焦距透镜的焦距。从理论上推导出了在平行光场中。置于两块栅线呈一夹角的光栅之间某位置处的透镜产生的莫尔条纹为一组平行的直线系,它的斜率与透镜焦距之间的定量关系。在实验中用CCD接收莫尔条纹的像,由计算机图像的斜率计算出待测透镜的焦距。图4     

小口径长焦透镜的焦距检测技术

基于朗奇-泰伯效应及莫尔条纹技术,利用发散光和不等周期光栅的焦距测量方法被用于小口径长焦透镜的焦距测量。将一块曲率半径存在加工误差的平凹长焦透镜作为待测透镜进行焦距测量。在未知透镜真实曲率半径的情况下,首先计算待测透镜曲率半径误差对焦距检测精度的影响,并确定透镜在整个检测系统中的位置,然后进行透镜焦距实际测量,分别计算多组测量焦距值。通过对比发现,在未知待测透镜曲率半径的情况下,检测焦距的重复性、稳定性均一致,所测焦距均为33200～33270mm,且重复性精度高于±0.055%,测量精度优于焦深的1/5。结果充分说明,所提方法对小口径长焦透镜的焦距检测是可靠、有效的。     

结构光三维测量系统标定的关键算法研究

系统参数标定是结构光三维测量系统的关键问题之一,标定板特征圆圆心检测精度与投影仪、相机镜头gamma效应引起的相位误差是系统参数标定的主要误差来源。采用Sobel算子粗定位标定板特征圆的边缘点,以正交傅里叶-马林矩(OFMM)算子对边缘点进行亚像素定位,用椭圆拟合法确定特征圆圆心的方法提高标定板特征圆检测精度。同时,推导结构光三维测量系统gamma非线性数学模型,将计算得到的系统gamma值的倒数作为投影正弦光栅的指数以降低gamma效应引起的相位误差。实验结果证明了该方法的准确性,与不采用亚像素边缘检测与gamma校正相比,X、Y方向的标定精度分别提高约3.5倍与5倍。     

基于叠栅条纹的光刻对准理论分析及标定方法

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上,为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准,提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法,并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前,掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移,重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系,并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法,对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位,通过数据拟合,得出了相位斜率与角位移的内在关系,实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明,该方法简单可靠,可分辨的最小角位移低于0.02°。     

Ronchi光栅Talbot效应长焦距测量的准确度极限研究

针对基于Ronchi光栅Talbot效应的长焦距测量方法,分析了利用傅里叶变换求取莫尔条纹角度的准确度限制,提出了通过傅里叶变换的多次迭代逼近来提高角度计量准确度,从而提高长焦距测量准确度的方法,并在此基础上分析了这种方法的准确度极限.     

莫尔偏折法测透镜焦距中的条纹二值化方法

当用莫尔偏折法测量透镜焦距时,条纹区域随着被测透镜和系统光学参数的不同而变化。针对此情况提出了确定条纹有效区域和选择二值化阈值的方法。该方法根据条纹图像数据的行列极值确定条纹的有效区域。介绍了该方法的实现过程,并分析了在有效区域内根据图像数据的灰度直方图自动选择二值化阈值的原理。给出了依据该方法提取条纹的示意图,以及用莫尔偏折法测量透镜焦距的实验结果。     

改变写入Bragg波长的干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪

一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中,光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅,有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。     

单周期条纹双四步相移投影仪的标定方法

针对投影仪标定方法中存在畸变及倾斜投影引起条纹周期、条纹级数变化的问题,提出一种单周期条纹双四步相移投影仪的标定方法.设计生成横向和纵向各两组单周期条纹图像,经投影仪投影到带有圆形标识的标定板上,相机同步采集标定板图像,叠加由双四步相移获得的两幅相位主值图,对叠加相位主值图相位展开,利用展开的绝对相位值计算投影仪像素坐标值,最终将投影仪标定转换为成熟的相机标定.实验结果表明:仿真投影仪标定实验准确度的最大重投影误差约为0.4pixel,均方根误差为0.132 96pixel;实际投影仪标定实验准确度的最大反投影误差约为0.46pixel,均方根误差为0.143 12pixel;实验结果与仿真结果的最大反投影误差相差15%,均方根误差相差7.6%.与现有的采用三频相位展开进行投影仪标定的方法相比,投影光栅图像数可减少8幅.该方法改善了现有投影仪标定方法的不足,标定准确度和标定效率均得到提高.     

电子XOR莫尔等高术及产生微分和旋转剖面效应的研究

本文提出利用数字电子XOR(异或)运算,得到三维物体的实时等高线条纹,这种莫尔技术的特点是能消除莫尔纹的载频.用该方法,通过改变投影光栅周期,实现空间等高剖面的旋转,横向移动物体得到实时的斜率等位线条纹,并给出实验结果.     

Shifting curves based on the detector integration effect for x-ray phase contrast imaging

In theory, we find that the actual function of the analyzer grating in the Talbot–Lau interferometer is segmenting the self-images of the phase grating and choosing integral areas, which make sure that each period of self-images in one detector pixel contributes the same signal to the detector. Furthermore, in the case of the lack of an analyzer grating, the shifting curves are still existent in theory as long as the number of fringes is non-integral in a detector pixel, which is a sufficient condition for creating shifting curve. The sufficient condition is available for not only the Talbot–Lau interferometer and the inverse geometry of Talbot–Lau interferometer, but also the x-ray phase contrast imaging system based on geometrical optics. In practical applications, we propose a method to improve the performances of the existing systems by employing the sufficient condition. This method can shorten the system length, is applicable to large period gratings, and can use the detectors with large pixels and large field of view. In addition, the experimental arrangement can be simplified due to the lack of an analyzer grating. In order to improve detection sensitivity and resolution, we also give an optimal fringe period.We believe that the theory and method proposed here is a step forward for x-ray phase contrast imaging.     

Analysis of moiré fringes for measuring the focal length of lenses

We describe a technique based on fast Fourier transform and least-squares fit for automated analysis of moiré fringe patterns for accurately measuring the focal length of lenses. An interference fringe pattern is produced by a reflective diffraction grating interferometer and illuminates the test lens. Moiré fringes are generated by digitally superimposing the magnified fringe pattern imaged by the lens on the interference fringe pattern without the test lens. We analyze two common ways to generate the digital moiré effect: multiplication and subtraction with successive rectification of the two digitally stored intensity distributions, and we show that in the latter case by means of the described technique it is possible to determine the moiré spatial frequency by a simple and fully automated procedure.