条纹图象的数字化自动分析处理技术之一:条纹中心法

条纹中心法是光学条纹图象数字化自动分析处理的重要方法之一.本文全面地介绍了条纹中心法技术分析处理光学条纹图象的详细过程,并对条纹中心的提取、条纹级数的确定与插值等关键技术做了重点说明.文章最后讨论了光学条纹图象数字化自动分析处理软件的编制.     

成像型任意反射面速度干涉仪数据处理方法

 采用傅里叶变换方法,列出了对成像型任意反射面速度干涉仪得到的干涉条纹图进行处理的过程。利用文献结果,处理了冲击波整形时产生的有间断干涉条纹图,对处理结果进行了分析。结果表明：条纹图要干净,条纹间距清晰、均匀,应使用１维傅里叶变换的方法处理条纹图,减小滤波的难度。研究了冲击波测试当中条纹丢失的问题,提出了间断条纹图间断起始点相位确定的方法。对透明和不透明靶产生条纹图的不同进行了讨论,得出对透明靶产生的条纹图应采用适当的条纹外延技术进行预处理后再进行常规处理。     

基于Gabor滤波的散斑条纹图平滑方法

提出了一种基于伽博(Gabor)滤波的散斑条纹图平滑方法.通过加窗傅里叶运算提取散斑条纹图的条纹频率和条纹梯度方向,并利用它们确定具有频率和方向选择性的Gabor滤波器对散斑条纹图进行Gabor滤波.数值模拟和实验结果表明,该方法在滤除散斑噪声的同时能够有效的保留散斑条纹图的条纹结构,为从单幅散斑条纹图中进一步提取条纹相位场奠定了良好的基础.     

多光束非定域干涉反射光强分布

研究了多光束非定域干涉现象,得到了多光束非定域干涉的反射光强分布函数.数值计算结果表明:随着镜面反射系数的增加,多光束非定域干涉条纹半值宽度降低,条纹变得更加锐细,光谱分辨率提高;当镜面反射率较高时,除了暗条纹外,在低干涉级次处紧邻暗条纹还有很窄的亮条纹存在;亮条纹振幅逐渐衰减至背景光强度,干涉级次越低亮条纹振荡越明显;第一束反射光提供了一个均匀的背景,第二束反射光的加入产生了双光束干涉,干涉条纹较粗,对比度较低,更多光束的加入使干涉暗条纹变得锐细,在相邻暗条纹间出现了明暗相间的低强度明暗条纹;足够多光束的加入使相邻暗条纹间低强度变化的明暗条纹消失,同时在紧邻暗条纹处出现了振幅振荡衰减的亮条纹.最后,将多光束非定域干涉理论应用于光学滤波器的研究,结果表明:提高镜面反射率,可以显著降低多光束非定域干涉的滤波带宽;改变镜面间距,可以灵活调整多光束干涉仪滤波波长和相消波长间距.     

一种新的单幅条纹图的相位解调方法

基于非载波条纹图的条纹灰度分布的极值准确定位,提出了一种新的由单幅条纹图解调相位方法.该方法首先准确定位每个条纹灰度的极值包括最大和最小,再基于极值图将条纹的强度值分布线性地变换到-1和1之间,最后利用arcos反余弦取代传统的atan2反正切算法求出相位,结合极值图就能快速准确地解调出含有封闭条纹的条纹图相位.本方法仅用一幅条纹图,不需要传统的条纹定级和对分数级条纹插值与拟合,自动判别条纹相位变化的波谷,准确获得条纹相位分布.这一方法使光测法研究动态和瞬态问题成为可能,而不需引入载波法调制条纹.文中通过实例说明了本方法的处理过程.     

基于图象亮度分布的环形干涉条纹判读法

提出了一种基于图象亮度分布的环形干涉条纹判读法,定义了干涉条纹亮度的水平分布和竖直分布,利用干涉条纹亮度的水平分布和竖直分布计算出干涉条纹中心,根据此中心,进一步提出了基于布莱森汉姆(Bresenham)圆弧生成法和正负圆弧生成法的条纹亮度分布,由此得到所需条纹宽度,即可计算出物体的精确位移.     

热传导方程在散斑条纹图相位提取中的应用

去除电子散斑十涉条纹图中的噪声是提取条纹图相位的关键问题.利用热传导方程去除条纹图中的噪声,定性和定量分析了该方法的滤波性能.在此基础上,进一步将MBO算法和热传导方程应用于条纹二值化和相位图平滑过程中,并成功地从单幅模拟条纹图中提取了条纹图的相位.研究结果表明,热传导方程能有效减少散斑条纹图中的噪声,改善二值条纹图的边界.进而获得准确的相位分布.     

横向剪切干涉仪干涉条纹的对比度

<正> 在双光束干涉仪中,表示干涉场特征的几个因素是:条纹的形状和宽度、条纹的亮度、条纹的锐度、条纹的对比度和条纹的颜色。在干涉条纹的形状和宽度知道以后,最重要的因素就是条纹的对比度了。当然,条纹的亮度在一般情况下是可以保证的,条纹的亮度分布是正弦曲线形式的。     

基于N元正弦码元的时间相位展开

提出了一种N元编码时间相位展开方法来实现彩色复杂物体的三维测量。传统的阶梯状条纹在测量整个表面反射率范围较大的物体时，条纹数量过多会导致量化困难。利用从相移条纹中提取的N元正弦码元替换传统的量化灰度码元，通过进制转换将N元正弦码元嵌入到所要投影的条纹中来实现条纹级次的编码。在解码时，先通过编码条纹与N步正弦相移条纹的差异逐点计算N元量化条纹，再根据对应的逆进制转换获取唯一的条纹级次，最后利用截断相位消除条纹级次边缘处的错位误差。实验结果表明，相比传统的时间相位展开方法，所提方法有效提高了编码效率，并在测量彩色复杂场景时表现出了较高的鲁棒性。     

干涉亮条纹强度的不均匀分布

建立了低频液体表面声波的激光干涉测量系统,实验上不仅得到了清晰、稳定的干涉条纹,而且首次发现干涉条纹的强度分布具有空间不均匀性,干涉条纹被限定在一定的空间区域内,中心干涉条纹强度最小,向两边强度逐渐增大,在两边界位置达到极大.根据波动光学原理,得到了干涉条纹分布的解析表达式,并给出了低频表面波振幅、波长与干涉条纹空间限度、干涉条纹间距的数学表达式.理论规律与实验结果吻合较好.     

超高速撞击充气压力容器二次碎片减速运动建模研究

 针对空间碎片超高速撞击充气压力容器的二次碎片减速运动问题,首先根据弹丸撞击容器前壁后的破碎程度,将二次碎片分为弹丸未破碎、未完全破碎及完全破碎3种模式,分别建立了二次碎片未受气体扰动时的初始模型;然后采用理论分析手段,应用流体动力学、气-固两相流理论,对弹丸不同破碎模式下的二次碎片在容器内的运动过程进行分析,建立了二次碎片减速运动的计算模型,通过与数值模拟结果的比较,验证了计算模型的有效性。     

基于区域合并的动态阈值分割算法

在传统分块分割再合并阈值法的基础上,引入图像区域合并的思想,以邻近区域阈值相似性作为判断区域合并的依据,借助人机交互式系统,运用待识别目标灰度与完成区域合并的阈值作加权,消除区域灰度不连续,实现目标与背景的有效分离,减少算法的运算量,提高目标识别精度.实验证明,该算法实现简单且行之有效.     

TDI CCD像元响应不一致性校正算法

线阵TDI CCD遥感相机的不一致性校正对获取高质量的图像来说具有重要意义。主要对TDI CCD像元响应不一致性的校正算法及其硬件实现进行了深入的研究。对CCD的噪声特性进行了详细的分析,给出了像元响应不一致性(PRNU:Pixel-response non-uniformity)的退化模型及校正算法,并对其计算精度进行了分析,在硬件电路上对校正算法进行了验证,详细分析了影响校正效果的各种因素。实测结果表明,校正后图像的信噪比得到显著提高。     

氘氘中子产额铟活化诊断方法

提出了活化法测量DD中子产额的实验方法,该方法可提高DD中子产额测量的精度。方法基于铟同位素115In与DD中子的非弹性散射反应,活化反应释放的射线被HPGe探测器记录,根据活化系统标定灵敏度推算出中子产额。分析了探测器记录的活化射线数与中子产额间的关系。介绍了一套活化测量的系统设计。通过蒙特卡罗方法模拟了活化样品出射的射线数与样品厚度的关系,模拟结果表明:样品厚度取为1 cm可兼顾活化效率和测量精度。在加速器上对铟活化样品进行了标定实验,实验结果表明:在聚变中子产额大于2109的实验中可使用铟活化诊断方法,中子产额测量的相对标准误差在10%以内。随着聚变中子产额的不断提高,铟活化测量中子产额的精度可进一步提高。     

SU-8光刻胶应变分布光学全场检测方法

由于SU-8光刻胶的内应力将会影响高深宽比结构的全金属光栅的制作质量,本文针对近年来SU-8光刻胶应力测量困难的情况,提出了一种基于激光剪切散斑干涉技术的SU-8光刻胶应变分布测量的新方法。该方法通过对被测胶体加载前后两幅干涉图像的处理,直接得到被测胶体结构的全场应变分布情况,由胶体的应变变形数据即可反映出内应力的变化和分布趋势。同时使用ANSYS有限元分析软件对同一被测胶体进行应变仿真模拟研究,获得胶体结构的变形场仿真数据。组建了实验系统,进行了实验验证,结果表明:实际测量变形量约为1.189μm,仿真的最大变形量为1.088μm,测量误差在允许范围内,且测量的形变趋势与仿真模拟结果相一致,表明激光剪切散斑干涉技术可应用于SU-8光刻胶的应变分布全场无损检测。     

一种形位不确定回转壳体内壁表面的激光测量与重构方法研究

针对形位不确定回转壳体内表面的测量及重构问题,提出了一种准在线纵截线测量与曲面重构方法.通过粗、精测量相结合的实现过程,首先根据技术文件提取回转壳体的基本信息,并针对内表面存在的不确定性,建立一种模糊调节规则,对回转壳体内表面的形位进行预测,实时调整激光测量的角度与位置,完成测量.搭建激光测试试验平台,开发了模块化的测试平台软件系统.采用所提方法对回转壳体内表面进行测量试验研究,得到待测回转壳体内表面的三维数据,并进一步根据回转曲面二次加工的要求对曲面的重构方法进行分析,重构回转壳体内壁的三维曲面实体模型.试验结果表明,曲面模型的相对误差绝对值平均值小于0.024%.     

相位光栅型波前曲率传感器

研制了一套相位光栅型波前曲率传感器。实验结果表明,相位型散焦光栅能消除零级衍射光的干扰,正负一级衍射光的衍射效率达到49%。用相差板引进波前畸变,进行了波前测量实验。用格林函数算法进行了波前恢复,并和Veeco检测结果进行了比较。制备的光栅型波前曲率传感器测量结果正确,峰谷值存在10%的误差,均方根值存在2%的误差。     

Mo2C膜表面粗糙化规律的计算机模拟

引入晶粒边界修正,改进了Ｍｏ２Ｃ膜表面粗糙化物理模型,将ＤＴ２模型推广到包括有温度的情况对Ｍｏ２Ｃ膜表面形态进行计算机模拟并统计模拟图的高度分布,确定表面粗糙度随沉积时间和基底温度的变化规律,结果表明：引入晶粒边界修正大大促进了理论与实验结果的一致,Ｍｏ２Ｃ膜表面粗糙化属快速粗造化,粗造度随基底温度升高在而非线性地增大。     

基于干扰对消的红外焦平面非均匀性校正算法

红外焦平面器件的非均匀性产生机理复杂,难以准确拟合探测元响应曲线。提出了一种基于相关干扰抵消的非均匀性校正算法,以预先采集到的一帧黑体面源图像做为自适应干扰对消器的参考输入图像,自适应滤波器由参考输入图像迭代计算出待校正红外图像的空间噪声的最佳估计,实现从空间噪声中提取真实图像信号。自适应滤波算法采用变步长最小均方误差算法,减少了算法的运算量,提高了算法的收敛速度。理论分析以及针对实际红外图像的仿真结果表明,提出的算法校正效果好,收敛速度快,更易于工程实现。     

大口径光学元件五自由度抛光机械手的设计

多模式组合抛光大口径光学元件是提高加工效率和加工精度的有效方法。作为加工系统的重要组成部分,抛光机械手的设计是实现多模式加工的关键。分析了多模式加工的主要运动方式,提出了对抛光机械手的具体要求。设计了一种5自由度抛光机械手,介绍了其主要结构。由D-H法建立了机械手的坐标系,推导出其位姿方程并求得逆解,为后续控制系统的设计奠定了基础。