基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法

针对拼接型望远镜共相难的问题,提出了一种基于色散条纹传感技术的共相误差检测方法。根据色散条纹传感技术的探测原理,给出了色散条纹传感器的光学成像模型,并利用计算机进行模拟研究。为解决色散条纹检测技术在接近共相时失效的问题,提出一种辅助检测方案,即色散哈特曼检测法,并通过仿真验证了该方法的可行性。结合两种方法,色散条纹传感器在可见光范围内能准确检测±60μm以下的活塞误差,检测精度可达λ/10。同时,对一系列影响检测精度的因素进行了定量分析,提出了条纹开窗、多路采集、提高波长标定精度等解决方法,还针对算法提出新的改进方案,降低了标定误差影响。结果表明,该方法可以有效地完成对活塞误差的大量程、无盲区、高精度检测,在空间和地基拼接型望远镜的粗共相标定和相位控制领域有广阔的应用前景。     

基于光栅色散干涉条纹的菲佐光干涉望远镜共相检测方法研究

菲佐光干涉望远镜实现高分辨率成像的关键是各子孔径之间相位平移误差的共相检测. 基于物理光学基本原理, 论证了两个子孔径在单色光条件下其远场干涉条纹峰值偏移量与其相位平移误差之间的近似线性关系, 提出了一个波长范围内的平移误差检测方法; 进而提出了基于光栅色散干涉条纹的共相检测方法, 并对其可行性、检测精度和检测范围进行了理论分析与仿真实验. 结果表明, 该方法在原理上可以实现对两孔径的相位平移误差进行直接检测, 50 μm范围内平移误差的检测精度优于20 nm, 解决了既有方法可能存在的2π模糊性及无法判断平移误差正负的问题. 该方法为共相检测技术的进一步研究提供了新的途径和参考.     

基于互相关的电光调制器相位标定方法

为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。     

空间拼接主镜望远镜共相位检测方法

总结了常用的共相位检测方法,分析了各种方法的特点及其用于空间望远镜在轨检测的适用性.提出了一种新的基于色散瑞利干涉原理的共相位误差检测方法和相应的干涉条纹数据处理方法--二维色散条纹分析法.介绍了色散瑞利干涉法的基本原理,给出了其检测拼接主镜望远镜共相位误差的光路图.为验证所提出的方法,搭建了一套色散瑞利干涉仪检测共相位误差的实验验证装置.初步的实验结果表明所搭建的色散瑞利干涉实验装置的量程叮达到200μm,多次测量值的均方根误差(重复性)优于2 nm,共相位误差δ≤1 μm时,测量精度为6.56 nm,可以满足空基分块主镜望远镜在轨共相f{7=检测的要求.     

基于色散条纹传感器的拼接镜面共相的实验研究

研制极大望远镜的拼接主镜时,为使得望远镜系统成像质量达到衍射极限,子镜的定位精度需要满足共相位要求,那么必须对子镜之间的平移误差进行实时精确检测和校正.在对色散条纹检测和色散哈特曼检测原理分析的基础上,建造了一台色散条纹传感器,并在室内拼接镜面主动光学实验系统上开展检测实验,验证了检测信号和平移误差之间存在确定的函数关...     

基于色散干涉图像的拼接望远镜共相零位标定方法研究

镜面拼接是一种提高望远镜分辨率的有效方法,拼接子镜间的相位平移误差是影响拼接望远镜成像质量的重要因素.针对当前拼接望远镜中的共相问题,提出了色散干涉图像峰值比值为评价函数的共相零位标定方法.以两个子镜为研究对象,对该共相零位标定方法进行了仿真验证,并搭建了两孔径共相零位标定实验平台,验证了基于色散干涉图像的拼接望远镜共相零位标定方法的可行性.实验结果表明,该方法不受2π模糊性问题影响,可在几百微米共相误差范围内以10 nm左右精度对共相零位进行标定,解决了现有标定方法动态范围受限的问题.     

基于法线引导的激光中心线提取方法

在线结构光三维测量系统中,高精度激光条纹中心线提取是提高测量精度的关键。针对现有激光中心线存在提取精度不高、保留细节差等问题,提出了一种基于法线引导的激光中心线提取算法。该算法具体实现步骤为:首先,对图像进行预处理,结合边缘检测和几何中心法对激光线初步提取;然后,用主成分分析法(principal component analysis,PCA)求取其法线,在激光中心点处划分角度八邻域,通过法线角度引导搜寻有效点集;最后,利用灰度重心法对点集进行亚像素提取。实验结果表明:该算法均方根误差与灰度重心法相比提高了0.233 9像素,比Steger算法、方向模板法更好地保留了光条细节,可以更精确地提取光条中心,达到亚像素级的精度。     

摄像机标定中的特征点提取算法研究与改进

为提高摄像机的标定精度,必须研究高精度的特征点提取方法。针对三种比较典型的标定图样:棋盘格,二维正弦条纹和高斯点阵,分析比较了相应的提取特征点算法和用于摄像机内参数标定的精度,得出基于傅里叶相位分析法的二维正弦条纹的特征点提取精度最高。并针对傅里叶方法处理二维正弦条纹不能准确提取边缘特征点的缺陷,提出了使用相移法提取正交相位以代替傅里叶方法得出正交相位的新方法。这种方法可以消除傅里叶变换滤波对点阵边缘的模糊作用,扩大了二维正弦条纹在摄像机标定中的适用范围。摄像机外参数标定实验表明该方法在处理包含边缘点的点阵时,重投影误差保持在原有水平,证明了其有效性。     

一种新的光栅仪器误差修正方法

<正> 一般来说,使用光栅尺为基准的高精度仪器,由于光栅尺制造精度不能满足仪器总精度要求,就要考虑对光栅仪器或光栅尺制造偏差进行修正。常见的光栅仪器误差修正方法是按要求给副光栅一个附加位移,或者是用光学扫描方法,使副光栅的象在光栅尺上有一个微小位移。这里介绍一种新的方法。这种方法与前两种方法相比,能收到修正机构制造精度低和仪器结构简单而获得修正后残差小的效果。根据光栅幅工作原理,当光栅幅的主副光栅相对位移一个栅节距时,光栅幅形成的莫尔条纹也相应位移一个条纹宽度。如果给接收莫     

基于定点旋转的显微三维数字图像相关系统标定方法

显微三维数字图像相关系统中体视显微镜景深小,光路复杂,宏观标定方法不适用于该系统。针对此问题,提出一种适用于显微立体视觉的定点旋转标定方法。基于体视显微镜放大倍率与景深的关系,建立数学模型,得到标定板与XY平面间的最大夹角,设计定点旋转平台对标定板进行旋转标定,通过系列实验对标定参数进行优化,得出使标定参数整体误差最小的夹角。标定结果表明,主点坐标误差不超过1.8pixel,Z分量相对平移向量的最大偏差值小于0.15mm,姿态数为10或10以上时标定结果趋于稳定。借助于精密位移台对标定结果进行了精度验证,结果表明采用所提方法标定后位移测量的平均相对误差为2.2%,平均均方差为0.36μm。     

用于智能移动设备的条纹反射法检测系统

条纹反射法是一种结构简单的三维面形检测手段,本文对该方法在智能手机、平板等移动设备中的集成和应用进行了研究。首先,对条纹反射法标定误差以及智能设备的特点进行了分析。然后,在分析实际检测中的关键误差基础上,提出了通过相机非线性定标、改善相移算法、格点位置标定、应对相机自动增益调整等一系列方法和算法,在设备现有硬件条件下提高了测量精度和稳定性;最后,使用iPad Air对直径为105 mm的SiC反射面进行了实验。结果表明,标定精度在毫米量级时,对反射面的检测精度RMS值达到33μm,并且以低频误差为主,在局部高频区域检测结果有明显优势,证实了在不使用其他外部设备前提下,集成于智能平板的条纹反射法具备几十微米量级精度的检测能力。     

基于已知球面波前的Hartmann-Shack传感器结构参量标定

微透镜阵列到CCD的距离是影响Hartmann-Shack波前探测器精度的主要装配误差之一。对该平移装配误差的修正,能够有效减小波前探测误差。理论求解了球面波前通过微透镜引起的子孔径光斑质心移动量与波前探测器结构参数之间的关系,借助该关系能够求出微透镜到CCD之间的实际距离,以其改进波前斜率的计算。实验验证了理论推导的合理性,并对实际装配参数进行标定,得实际距离为24.2 mm。利用标定后的参数重建波前,其相对误差减小20.4%。实验表明该标定方法能够有效提高波前传感器测量准确性。     

利用遗传算法优化误差扩散核参数的条纹二值编码方法研究

二值条纹投影图像在高速、高精度的三维面形测量领域应用广泛,而提高二值编码条纹的正弦性对于提高三维面形的测量精度具有积极意义.传统及改进的误差扩散核多采用普适的扩散核对条纹图像进行二值编码,较少考虑图像特征与投影离焦程度对相位提取精度的影响.首先利用遗传算法的思想来寻求更佳的误差扩散核系数,然后通过线性拟合来构建与离焦程度以及正弦条纹周期相关的优化目标函数,最后得到优化二值编码条纹正弦性的误差扩散核.仿真和实验分析结果表明,在不同尺寸的窗口下,不同周期有最小相位误差的误差扩散核且它们各不相同,证实扩散核对图像的二值编码质量与图像特征有关.实验进一步证明,大中小三种离焦程度下,所提算法的相位误差较普适的Floyd-Steinberg扩散法可分别减小43.86％、64.37％和50.10％,所提算法的相位误差较改进的Floyd-Steinberg扩散法可分别减小13.51％、18.48％和17.65％.     

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.     

提高多频条纹投影相位提取精度的反向误差补偿法

为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等,符号相反的两幅主值相位图,二者运算后误差得以抵消,与多频法相结合从而得到精确的绝对相位值。采用标准平面对提出的方法进行实验验证,并与最近提出的希尔伯特变换补偿方法以及典型相位补偿方法进行比较。实验结果表明,所提方法能有效提高相位测量的精度和速度。通过对自由曲面以及表面不连续物体进行相位误差补偿,进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

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.     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响。首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

利用贝叶斯估计法对双频投影条纹的相位进行修正

为了进一步提高双频投影条纹的相位精度,提出以双频投影条纹的条纹级数为坐标建立级数坐标系的分析方法,使得条纹级数(或相位)及其误差的描述变得非常直观。在条纹级数坐标系内,利用贝叶斯估计的方法对相移法求解的条纹相位进行修正,使条纹相位精度得到进一步提高。仿真实验和真实实验证明了此方法的有效性。其中实际实验在利用本修正法修正后,相位均方误差从0.014rad下降为0.009rad,高度均方误差从0.058mm下降为0.041mm。     

希尔伯特变换条纹分析法及其在非球面镜测量上的应用

提出了利用离散的希尔伯特变换法解调干涉条纹相位的方法,叙述了希尔伯特变换法解调相位的原理,并从单一的干涉图样中提取出条纹信号的正弦和余弦部分,正弦与余弦比值的反正切即为干涉相位;然后利用泽尼克多项式拟合,实现波前重建;最后讨论了条纹相位的算法,误差修正和测量面形的应用,从而实现对非球面镜的检测。实验表明,该方法可获得均方根(RMS)的精度为λ／10。     

金属表面非相干线结构光条纹中心提取方法

采用线结构光法测量金属表面形貌时,由于受到金属表面光学特性和散斑噪声的影响,条纹中心的提取误差往往较大。为此,提出了一种非相干线结构光形貌测量方法,避免了散斑噪声的影响。通过分析该方法测量金属表面形貌时的条纹图像特点,提出一种适合非相干线结构光条纹的中心提取方法。该方法首先采用结合积分图像原理的自适应阈值分割算法,对原条纹图像进行分割。采用灰度重心法粗提取原条纹中心坐标,以该坐标为基准向条纹宽度方向延伸,从而确定阈值分割后条纹图的感兴趣区和背景区,并去除背景区的噪声。经中值滤波后,采用几何中心法提取条纹中心。实验结果表明：采用该方法提取粗糙度样块表面非相干光条纹中心的平均误差为1.5μm,提取齿轮渐开线样板表面非相干光条纹中心的平均误差为0.9μm,均比其线激光条纹中心的提取误差小。所提方法能实现金属表面非相干线结构光条纹中心的精确提取。