非整数倍双频光栅投影的相位测量轮廓术

采用整数倍双频光栅投影的借助低频相位导向的双相位图成整数比例相位展开方法不可避免误差积累传递,由此提出了一种采用非整数倍双频光栅投影的新光学三维传感方法。非整数倍双频光栅条纹投影到物体上,两相位同时分别以特定相位间隔增长,CCD依次获取16帧变形条纹图,通过这16帧条纹图的强度,可有效地分离出两组受物体调制的对应频率变形条纹的截断相位。利用两组截断相位关系,进行绝对相位展开,避免相位展开中误差的传递,较好地重建了被测物体的轮廓。计算机模拟试验结果证实,该方法与采用整数倍双频光栅投影相比,测量高度为105mm的同一不规则物体时,标准偏差由0.821mm降低到0.760mm。     

双频光栅用于动态过程破裂表面的三维重建

针对在冲击炮轰等快变化过程的傅里叶变换轮廓术测量中,CCD的拍摄速度低于物体的运动速度导致对动态条纹的时间采样不足,提出了采用双频正弦光栅进行测量的三维轮廓术,以傅里叶轮廓术为基础,利用低频光栅条纹图的截断相位做标记条纹,跟踪锁定高频光栅条纹图的同一级次条纹,利用高频光栅的变形条纹进行动态破裂物体的三维面形重建,有效的解决了在快变化动态过程的三维测量中因时间采样不足和条纹断裂带来的问题,正确的获得了物体的面形分布.计算机模拟实验和对瓷砖破裂过程的实际测量验证了此种方法的正确性.     

基于双频光栅的微分干涉相衬方法

针对传统微分干涉相衬技术对双折射性物体成像会有伪像的问题,用双频闪耀光栅取代传统微分干涉相衬的分光元件诺曼斯基棱镜,设计了一种微分干涉相衬方法.对双频闪耀光栅设计,模拟入射平面波通过它之后的光强分布,结果表明它能产生两束剪切角很小的光.用双频光栅微分干涉相衬方法对纯相位样品模拟成像,仿真结果和物体的相位轮廓一致.分析了...     

一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。     

小波变换轮廓术中小波尺度的一种快速确定方法

从传统的小波变换理论出发,给出了小波变换轮廓术的基本原理和实现算法,对连续小波变换轮廓术中小波尺度选择进行深入分析,探讨了条纹信号相位和条纹信号的连续小波变换模极大值之间的内在联系,为小波变换轮廓术中小波尺度选择提供一种快速确定方法.利用该方法进行实验验证,试验结果证实了该方法的可行性.     

傅里叶变换轮廓法用于大型三维曲面测量中的数据修正问题

根据傅里叶变换轮廓法的测量原理，提出对大型三维曲面轮廓测量进行光栅频率和横坐标修正的方法和必要性，并进行了实验验证，所得数据的引用误差由修正前的大于０．７％降低到０．３％以内。     

采用标记条纹跟踪的冲击过程三维轮廓术

针对在冲击、爆轰等快变化过程的三维轮廓术中,CCD拍摄速度低于物体的运动速度而导致对动态条纹的时间采样不足和物体表面发生破裂而分成数块的动态过程,提出一种采用标记条纹进行跟踪的动态过程三维轮廓术.以傅里叶变换轮廓术为基础,通过采用标记条纹进行跟踪锁定变形条纹中同级次条纹的变化以及Gerchberg迭代算法在破裂区域迭代生成伪条纹,对破裂表面分块进行处理,有效地解决了在快变化动态过程的三维重建中因时间采样不足和条纹断裂对三维相位场的展开所带来的问题,获得了物体正确的面形分布.实验证实了此种方法的正确性.     

基于改进Sierra 抖动算法的微离焦投影三维轮廓测量技术研究

通过分析传统频率调制的相位轮廓测量技术,提出基于蛇形扫描改进Sierra抖动算法,结合微离焦投影,可减小正弦光栅二值化的量化误差,同时抑制非对称纹理,能较大地改善离焦后光栅的正弦性。将该抖动算法生成的离焦光栅用于三维轮廓测量技术,与Bayer有序抖动算法、Sierra抖动算法和Floyd-steinberg误差扩散抖动算法进行了比较,实验结果表明:改进Sierra抖动算法具备更好的适应性,能够较大程度地降低相位误差,运算速度快,生成光栅准确度较高,改善了相位质量,适用于高精度三维轮廓测量。     

基于相位测量轮廓术的复合光栅优化设计

基于复合光栅的相位测量轮廓术在物体三维信息重建中是一种非接触、实时的测量方法.通过对这种光栅的形成机理分析,发现当复合光栅中的空间调制光栅的频率一定时,其中相移光栅周期与三维重构精度有关,并且存在一个重构均方差最小值的相移光栅周期,其大小与被测物体的形貌有关.因此,可通过优化复合光栅结构的方法来提高测量精度.利用数字投影仪将连续改变相移光栅周期得到的复合光栅投影到物体,获取变形光栅图像来重建物体的三维信息,从周期数与均方差关系曲线中找到对应的复合光栅的最优化参数,以实现复合光栅最优化设计.通过数字模拟和实验都证实采用优化设计的复合光栅来提高物体的测量精度是有效的.     

实用振动入门(四) 相位和基本平衡

相位一般很少测量,而在振动研究中又是最必需的。在问题的原因不太明显时,相位测量是重要的,但也是最困难的。首先,由于人们是在各种不同范围中以及使用各种各样的检测仪表,因此,它没有基本的标准术语。其次,它是一个对应于传感器或某一时间记号变化或经历的测量。第三,大多数谐振情况下相位将变化。通过测量仪探头节点的变换将引起相位的改变,并且两个相位的变化往往是同时产生的。     

Two-frequency grating used in phase-measuring profilometry

We present a method that uses two groups of fringe patterns on one grating for phase-measuring profilometry. A two-frequency grating is projected onto the object. The high frequency is N (N = 3, 4, 5, :...) times greater than the low frequency. Using a proper phase shift, we calculated the wrapped phases of the two frequencies. When the linearity of the two phases are considered, an accurate phase of the high frequency can be unwrapped. Because the low frequency is N times more insensitive to height discontinuity, the system is more tolerable to height discontinuity.     

Digital Techniques for Strain Measurement Using Electro-optic Holography

Abstract

Some new approaches to the digital analysis of the fringes obtained in electro-optic holography are presented. The technique of phase stepping supplemented by Fourier filtering, for the elimination of noise in wrapped-phase maps, is discussed first. The problem introduced by discontinuities at the object boundary and a fringe extrapolation technique to overcome this problem are discussed next. Finally, a technique to compute the phase derivatives directly from the wrapped-phase map is outlined.     

应用光栅刻线与CCD测量运动位移的研究

将计量光栅作为标准刻线,应用到对微细物体高精度定位的工作台上,并提出了一种新的直接获取运动位移的方法.调整光路使CCD获取清晰的光栅图像;对图像进行分析处理,计算出栅距与像素之间的映射关系:再对工作台移动前后的光栅图像进行对比,采用基于X-Y图的相位差比率算法获取像素位置差;从而计算出工作台的实际运行位移.实验结果表明,该方法能简单快速地实现微电子加工领域亚像素级的测量.     

衍射频谱法测光栅膜层厚度

根据傅立叶光学理论从光栅的衍射频谱中可以反推光栅本身的多种信息,包括其形貌特征。 利用矩形相位光栅的傅立叶变换,推导出零级和一级衍射光强和矩形相位光栅膜层厚度之间的函数关系,据此可在测得零级和一级次光强后,推算出光栅膜层厚度。以台阶仪作为标准,该方法的测量误差在4%以内。     

Optical grating diffraction method: from strain microscope to strain gauge

The grating diffraction method for direct strain measurement is reviewed. Two systems which use this method are presented. The first system is a compact strain microscope. A Leitz optical transmitting microscope with white light source is reconstructed by developing a loading and recording system. Gratings with median density of between 40 and 200 lines/mm are used. With the help of a Bertrand lens, the Fourier spectrum of the grating is formed with high image quality on the CCD sensor plane. Software is developed to precisely, quickly and automatically determine the diffraction spot centroids. The second system is a new strain sensor based on a high-frequency grating and two Position Sensor Detectors (PSDs). The grating, attached to the surface of the specimen, is illuminated by a focused laser beam, generally with a frequency of 1,200 lines/mm. The centroids of diffracted beam spots from the grating are automatically determined using two PSD sensors connected to a personal computer. The shift of diffracted beam spots due to specimen deformation is detected. Strain sensitivity of one micro-strain can be obtained, as can a 0.4 mm spatial resolution for strain measurement. The system can be used for both static and dynamic tests.     

畸变测量中应用窗口傅里叶变换载频条纹分析

为了测量光学成像系统的径向畸变,提出了基于伸缩窗口傅里叶变换空间载频条纹相位分析的测量新方法.畸变分布测量转化为调制相位测量.首先,将纵向朗奇基准光栅作为模板,通过成像系统成为变形光栅即畸变像.接着采用伸缩窗口傅里叶变换提取畸变载频光栅条纹中心无畸变点的基频和相位信息,获得理想无畸变像的基频成分,然后对变形载频光栅条纹进行频谱分析,滤波提取基频信息、逆傅里叶变换、相位解包,提取径向调制相位分布,计算畸变图像的径向位置畸变分布.最后利用该径向位置畸变分布规律和双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.详细的理论分析和实验结果证明,该方法是可行的.     

Relaxation of the Talbot condition in generalized grating imaging

We can form a grating image with two gratings having different pitches with an extended light source. It is called generalized grating imaging or the Talbot-Lau effect. When we want to obtain high contrast image with pure absorption gratings or pure phase gratings, the separation between the two gratings is restricted. This corresponds to the Talbot condition. In this paper, we propose to use a combination of absorption grating and phase grating to relax the separation restriction. The theory of generalized grating imaging is applied to the system with this kind of grating. Simulations are performed for calculating contrast variation and show that the proposed system practically relaxes the Talbot condition. An experiment verifies the result of the simulation.     

虚拟光栅变频投影三维测量技术的研究

虚拟光栅变频投影三维测量技术采用多光束干涉条纹形成虚拟余弦光栅,将虚拟余弦光栅投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形虚拟光栅。通过调整多光束干涉的楔角改变虚拟光栅频率,将两幅不同频率的变形虚拟光栅经过光学接收系统成像在CCD像机上,对CCD像机记录的变频变形光栅图像进行综合处理从而获取被测物体的三位形貌。本文给出了这种测量技术的原理,实验结果表明,采用变频虚拟光栅投影三维形貌测量技术可以有效地解决三维测量中被测物体高度变化率过大引起相位展开困难的问题。