CCD在自准直仪中用于莫尔条纹成像研究

讨论了基于纵向莫尔条纹检测的光栅自准直仪测量原理.运用光学傅里叶原理推导出,利用线阵CCD取代指示光栅可以在自准直仪中产生莫尔条纹.实验验证了当标尺光栅在CCD投影光栅常量d2与其光栅常量d1之比为s=1.01时,纵向莫尔条纹的放大作用能达到14.14倍.该方法消除了因指示光栅衍射作用影响试验结果的问题,显著提高了系统的角分辨力,并简化了自准直仪光学系统.     

基于横向莫尔条纹的自准直测角方法

本文提出了基于横向莫尔条纹的自准直测角方法,用遮光原理分析了莫尔条纹的位移放大作用.并基于该方法搭建了原理光路,得到的莫尔条纹信号稳定且能够满足测量需求.在此基础上对系统进行了定量标定,简化了数据处理步骤,实现了动态测量,系统分辨率达到10″,进一步明确将该方法应用到自准直仪中可以有效提高仪器分辨率.     

光栅莫尔条纹特性检测仪的研制

介绍一种应用CCD进行测量的光栅莫尔条纹特性检测仪.该检测仪的结构完全开放,检测过程透明.不仅能够检测光栅副相对移动位移和移动方向与莫尔条纹移动数目和移动方向的关系,而且可以检测光栅副夹角变化对莫尔条纹宽度的影响.应用该仪器可以进行"莫尔条纹移动数目与光栅副移动位移关系测定"和"光栅副夹角变化和莫尔条纹宽度变化关系测定"两个实验,实验结果理想.     

自由立体显示器中锯齿状交错狭缝光栅的设计

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法,同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段,并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例,获得较宽且较淡的莫尔条纹,从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅,莫尔条纹亮度下降了108.1％,而可视区域仅减小32.8％,具有较高的实用价值.     

自由立体显示器中锯齿状交错狭缝光栅的设计

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法,同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段,并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例,获得较宽且较淡的莫尔条纹,从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅,莫尔条纹亮度下降了108.1%,而可视区域仅减小32.8%,具有较高的实用价值.     

一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅屏裸眼3D显示器

常规竖直狭缝光栅和倾斜狭缝光栅的发光二极管(LED)屏裸眼3D显示器分别存在明显的莫尔条纹和立体图像串扰等问题,为此,提出一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器,它由LED屏和错位非均宽透光条的狭缝光栅构成。该狭缝光栅根据LED屏黑矩阵较宽的特点,通过适当增大透光条宽度和移动透光条在其周期中的位置,来增加狭缝光栅周期结构与LED屏像素周期结构之间的差异,降低莫尔条纹中暗带的对比度,并使莫尔条纹变得稀疏,从而达到既能弱化莫尔条纹,又不会明显增加立体图像串扰的目的。制作了所提狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器样机,获得了莫尔条纹显著弱化、无明显立体图像串扰的显示效果,验证了理论的正确性。     

自由立体显示器倾斜锯齿交错狭缝光栅的设计(英文)

针对光栅型自由立体显示方案易存在串扰和莫尔条纹的问题,提出一种莫尔条纹和可视区域均在可接受范围内的倾斜锯齿交错光栅设计方法,该方法在斜光栅结构基础上以一个像素高度的一半为单位对光栅进行分段,将相邻两段狭缝用对称三角形狭缝代替.该结构与斜光栅相比,减少了通过同一狭缝看到相邻子像素而产生的相互串扰,即减小了斜光栅存在的视点间的串扰,扩大了可视区域范围.仿真及实测结果表明倾斜锯齿交错光栅比斜光栅可视区域增加了25%,而莫尔条纹亮度只减少4.5%,具有一定的实用价值.     

Offner型成像光谱仪波长使用范围和光谱分辨率研究

研究了Offner型成像光谱仪消像差结构的参量和性能.用几何法推导出Offner型成像光谱仪的波长使用范围、系统线色散以及光谱分辨率的计算公式;在理想像差条件下,分析了Offner型成像光谱仪光谱分辨率与入射狭缝的宽度、凸面光栅分辨率和探测器像元尺寸各个因素之间的关系;探讨了提高光谱分辨率采用的方法和技术,解决了光谱仪的各个参量和光谱分辨率之间的矛盾.研究表明:当系统像差很小可忽略时,通过减小狭缝宽度,有利于提高光谱分辨率;Offner型成像光谱仪的分辨率由入射狭缝宽度、光栅和CCD像元尺寸三者中分辨本领最低的参量确定.     

利用莫尔条纹测量物体三维形貌新方法研究

提出了以计算机控制光栅产生莫尔条纹来测量物体三维形貌的新方法.利用计算机控制空间光调制器（Space Light Modulator,SLM）产生可控制幅度及位相的理想光栅,将平行光波投影到待测物体上,其反射光通过参考光栅形成莫尔条纹,利用CCD接收并进行数字图像处理,恢复出待测物体的三维形貌.对此方法进行了理论分析,推导了变形莫尔条纹与待测物形貌变化的关系式.利用MATLAB对此关系式进行仿真计算,其准确度可达0.011 μm.     

光栅计量装置中离焦误差的控制

探讨光栅成像式莫尔条纹计量装置中离焦误差的影响，提出用莫尔条纹方向的稳定性来提高光栅定位精度的方法。     

局部牛顿插值法提高多狭缝自准直仪准确度

根据多狭缝自准直仪目标物形状特征及光电探测器成像特点,通过边缘检测算法确定经过高斯滤波处理的CCD图像的像元级边界.在此基础上应用局部牛顿插值法对CCD图像边缘位置附近进行亚像元细分,实现亚像元边缘检测;再结合最小二乘直线边缘拟合法进一步提高图像边缘检测准确度.经验证,该算法可达到0.13″的定位准确度.     

软X射线全息平焦场光栅的条纹弯曲现象及其对光谱分辨率的影响

软X射线平焦场光栅光谱仪是等离子体诊断的重要仪器,其核心光学元件全息平焦场光栅通常采用非球面波记录光路制作,因此光栅条纹存在弯曲的现象.光栅条纹的弯曲会影响光谱成像质量,从而影响系统的光谱分辨率.记录光路的优化,只保证光栅子午面的线密度分布,因此优化的记录光路并不是惟一的,所以在保证子午面的线密度分布的同时能制作具有不同弯曲程度条纹的光栅.针对应用于0.8—6 nm的全息平焦场光栅,利用光线追迹方法分析了不同弯曲程度条纹光栅的光谱成像,发现采用柱面反射镜制作的接近于直条纹的光栅具有较好的光谱成像质量.相对于弯曲条纹的光栅,接近于直条纹的光栅理论光谱分辨率有明显的提高,入射波长为3 nm时,光谱分辨率从626提升到953,入射波长为5 nm时,光谱分辨率从635提高到1222.     

局部牛顿插值法提高多狭缝自准直仪准确度

根据多狭缝自准直仪目标物形状特征及光电探测器成像特点,通过边缘检测算法确定经过高斯滤波处理的CCD图像的像元级边界.在此基础上应用局部牛顿插值法对CCD图像边缘位置附近进行亚像元细分,实现亚像元边缘检测;再结合最小二乘直线边缘拟合法进一步提高图像边缘检测准确度.经验证,该算法可达到0.13″的定位准确度.     

光束漂移的莫尔条纹检测原理

针对大气湍流光束漂移，设计了一套使用莫尔条纹进行检测的系统，该系统具有检测微小长度和角度的特点，它是将光束漂移的微小角度借助条纹的方式进行放大。分析大气湍流条件下可能获得的最大条纹宽度，然后将条纹宽度和现有较好的CCD分辨率作比较。在CCD分辨率不足的情况下，采用莫尔条纹细分技术，通过适当的电路，将条纹的光信号转换成电信号，使相位变化转换为脉宽的变化，并在形成的方波中内插高频脉冲，通过测量脉冲数目可进一步实现高倍率细分，从而达到较高的分辨率，理论上系统的检测精度可达到0.025μrad。     

扩展光源照明的双光栅系统滤波狭缝对成象莫尔条纹的作用与影响

本文用衍射理论定量分析了扩展光源照明的双光栅系统中滤波狭缝对成象莫尔条纹形成的影响及作用,给出了狭缝的面内及离面位移量与条纹手移量及倾斜角间的关系.     

莫尔条纹技术的三维测角方法研究

针对传统莫尔条纹技术在测量物体偏转角度中不能对多维角度变化进行测量的问题,采用了一种分区间设计的组合光栅方法,并结合光学自准直成像方法构建了一种新的实验系统装置,利用该系统通过测量莫尔条纹的变化实现了对被测量物体偏转角度的三维测量,对合作光学反射镜的偏转角度测量精度优于1”,绕轴转动测量精度优于2”。     

光学方法测量气流场压强分布的研究

利用迈克耳孙干涉仪、可调狭缝、CCD成像来研究气流场的压强分布情况.首先测得气流场压强变化与空气密度变化的关系,再利用计算机技术将静态时的空气干涉图样与有扰动情况下的干涉图样叠加,得到气流场的类似莫尔条纹的等压强线,最后对实验结果进行定性的物理分析.     

莫尔条纹法测量微小旋转角度的频域分析

利用菲涅耳衍射的频域分析方法,对莫尔条纹复振幅分布公式进行了理论推导,得到了使用两块相同光栅组成的光栅付测量微小角度的原理公式,与利用几何光学等方法得到的结论一致.模拟结果表明：莫尔条纹是光栅付拍现象的最低频率含量,莫尔条纹内含有大量高次谐波|在探测器光学系统放大率一定的前提下,为通过直接测量莫尔条纹宽度的变化达到测量角度变化的目的,必须根据测角精度、探测器的尺寸和分辨率选择合适的光栅付光栅常数和光栅付初始夹角.     

莫尔条纹法测量微小旋转角度的频域分析

利用菲涅耳衍射的频域分析方法,对莫尔条纹复振幅分布公式进行了理论推导,得到了使用两块相同光栅组成的光栅付测量微小角度的原理公式,与利用几何光学等方法得到的结论一致.模拟结果表明:莫尔条纹是光栅付拍现象的最低频率含量,莫尔条纹内含有大量高次谐波;在探测器光学系统放大率一定的前提下,为通过直接测量莫尔条纹宽度的变化达到测量角度变化的目的,必须根据测角精度、探测器的尺寸和分辨率选择合适的光栅付光栅常数和光栅付初始夹角.     

CCD采集Twyman-Green干涉图中非正常条纹的探究

 CCD采集Twyman Green干涉图时常出现异常干涉条纹,阻碍观察者对真实条纹的判断与精确测量。针对此种现象,基于莫尔条纹的形成机理和CCD的空间结构,从理论上分析此非正常条纹为等厚干涉条纹与CCD空间结构形成的莫尔条纹。通过对光场分布的计算和Matlab数值模拟,调整各参数,重现此种条纹,进一步验证了理论解释的正确性。莫尔条纹对精细干涉条纹的观察有妨碍作用,实验中应当避免使用分辨率相当的CCD进行采集,或可通过改变CCD探测器的采样算法,使莫尔条纹效应减弱甚至消失。