基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统

为了提高现代化生产中的效率和满足三维扫描的需求,设计了一种能够准确提取物件表面三维轮廓信息的扫描系统。系统采用结构光三维成像方法,先通过普通白光将光栅投影到被测物体表面,利用工业相机采集变形光栅图,再根据变形光栅图像中的灰度值变化,用傅里叶变换轮廓法解调出三维坐标信息。实验结果表明,使用傅里叶变换轮廓法重构可获得效果理想的三维点云,其为三维轮廓扫描提供了实验方法,同时也为提高点云精度提供参考。     

干涉法测量双层树脂基材料内部的压缩位移场分布

建立了基于迈克尔逊干涉结构的深度分辨倾斜激光波数扫描干涉测量系统,对双层树脂基复合材料样品的压缩位移场分布进行了测量及分析。首先,采用分布反馈(DFB)半导体激光器对双层树脂基复合材料样品进行波数扫描干涉测量;然后,采用随机采样傅里叶变换(RSFT)计算双层树脂基复合材料样品加载前后的相位差;最后,运用解卷绕算法对材料样品加载前后的相位差进行解卷绕,计算出各表面压缩位移场的分布。实验结果表明,压缩位移场分布的测量精度达到±100nm,深度方向的轮廓分辨率约为0.41mm,最大测量深度约为52mm。该方法能够准确测量出树脂基复合材料的压缩位移场分布,测量时不受树脂基复合材料内部切面弹性模量的影响,具有测量精度高,系统稳定,抗干扰能力强等特点。     

用扫描白光干涉术检测合金韧窝断口微观三维形貌

运用扫描白光干涉法对30CrMnSiA合金韧窝断口复杂的三维表面微观形貌进行了检测.系统采用Linnik干涉结构,并通过基于扫描空间余弦傅里叶频域分析的算法重建断口表面三维形貌.实验中扫描行程达120 μm,纵向检测精度优于5 nm,余弦傅里叶分析表现出很强的位相提取和噪声抑制能力,韧窝断口微观形貌的三维重建效果理想....     

基于三维傅里叶变换的胸腹表面测量

鉴于人体胸腹表面三维运动测量在精确放疗等医学领域中的重要应用背景,提出一种三维傅里叶条纹分析与三频时间相位展开相结合的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法。投射一幅不同频率三原色余弦条纹组成的图案,每采集一幅图像就能实现相应时刻胸腹表面的三维形状测量;将动态条纹图像序列作为一个三维序列整体,通过三维傅里叶变换并结合三维高斯滤波器提取折叠相位。无干扰时其均方根误差不超过0.005rad,峰谷值误差不超过0.015rad,其抗干扰能力高于二维傅里叶条纹分析和其他胸腹表面三维傅里叶条纹分析方法;通过三频时间相位展开方法进行折叠相位展开,在限定条件下绝对相位的误差不超过折叠相位的误差。理论分析和实验结果表明,本文方法能实现人体胸腹表面的三维动态测量。     

基于激光线扫描三维重构的扩径管道直径及圆度测量方法

为了提高管道在扩径过程中圆度和直径的测量精度及效率,设计了一套基于激光线扫描三维重构的管道直径及圆度测量系统。系统利用激光线扫描传感器对管道外轮廓进行点云数据采集,结合上位机对图像数据进行滤波、去噪及分割,实现扩径管道外轮廓的三维重构,并利用最小二乘法计算重构的扩径管道直径和圆度。实验结果表明,该系统能够实现扩径管道直径及圆度的精准测量。     

激光共焦透镜曲率半径测量系统

基于共焦技术独特的轴向层析定焦能力并结合气浮导轨平移台和激光干涉仪测长系统,研制了一套高精度、非接触激光共焦透镜曲率半径测量系统。该系统利用共焦轴向光强响应曲线的峰值点对应系统物镜聚焦焦点这一特性,使用峰值点对被测透镜的猫眼位置及共焦位置进行精确定位,并结合激光干涉仪获得透镜猫眼位置及共焦位置坐标值,从而计算得到透镜的曲率半径。系统由主控软件控制气浮导轨带动被测透镜在猫眼位置及共焦位置附近进行扫描测量,并实现信号采集和数据处理。实验表明,利用该系统测量透镜的曲率半径时,测量重复性优于2 μm,满足国内高精度透镜曲率半径测量的精度需求。该系统测量速度快、操作简便、结构简单且易于实现小型化。     

圆柱形状误差的LF模型及其离散辨识方法

本文详细介绍了一种描述圆柱轮廓形状误差几何特征的勒让德／傅里叶模型（LF）。提出了基于勒让德一高斯积分和傅里叶变换相结合的模型参数离散辨识方法,并指出了参数辨识结果的非等精度特性。最后,采用“二次测量法”对所建轮廓模型的合理性,即测量点数的充分性进行判别,并在三座标测量机上进行了实际测量实验验证。     

基于椭圆形滤波器的三维数据逆向建模技术

本文提出一种基于新滤波的算法——基于椭圆形滤波器的傅里叶变换轮廓术(EFTP),用于提取携带重构三维表面轮廓必不可少的相位信息的载频信号。与传统Bartlett、Blackman-Harris、Hamming和Hanning滤波窗函数相比,椭圆形滤波器滤波窗函数(Elliptical)能更好地滤出携带有物体高度信息的载频信号。通过传统滤波器与椭圆滤波器的滤波对比试验可知,基于椭圆滤波傅里叶轮廓测量技术的高度均方根误差略小于其它滤波算法,使用椭圆滤波器能有效减少误差,提高轮廓测量的精度,试验证明了该滤波方法的有效性和可行性。     

利用激光反馈测量物体三维形貌

利用激光反馈来测量物体的三维形貌,根据物品表面的离焦量与激光器输出功率的关系,给出一种深度信息的测量算法,并建立一种物体三维形貌测量系统。系统扫描物体表面的每一个点,通过对每点最大电压信号的测量判断并记录扫描平台运行的距离,从而实现每点的深度信息测量,最终完成三维形貌测量。通过实验,完成了对样品局部的三维测量,证明了深度方向测量的可行性,并分析了实验中的影响因素。     

提高自由曲面透镜测量精度的迭代重构曲面算法研究

在提出的基于图像变换的光学透镜的表面面形测量方法中，建立了造代重构曲面算法。算法根据待测透镜光学表面在光学成像系统中的图像变换特性，重构出与待测透镜光学表面具有相同图像变换特性的数值三维曲面簇，利用造代方法从中筛选出与待测透镜光学表面面形完全相同的数值三维曲面，解决了测量精度不足的问题。实验结果表明，使用该算法所构建的数值曲面与待测透镜光学表面的曲面面形能够准确相符。     

利用激光散斑测量CCD的调制传递函数(MTF)

本文分析了抽样成像系统的OTF,并讨论了与透镜OTF的非相干耦合问题,同时提出了一种新的测量CCD的MTF的方法。这种方法利用激光产生的散斑,在CCD的接收面上产生一个已知能谱分布的入射光强函数,对CCD信号进行A/D变换,作快速傅里叶变换(FFT),即可得到输出谱,从而求得MTF。该方法可直接对器件进行测试,不需要精密的准直设备和高质量的成像透镜,也不必对CCD的输出加放大电路,简便易行,能够满足对CCD性能进行快速检测的要求。本文测定了东芝TCD102C-1型CCD的MTF曲线。     

采用联合变换相关的透镜中心偏差测量

基于双相位编码光学联合变换相关技术提出了一种测量透镜中心偏差的方法以确定偏差方向并提高测量精度。在经典联合变换相关原理基础之上,使用两个相位函数分别对参考图像和联合功率谱进行编码,并选用合适的滤波器消除旁瓣干扰,得到单个互相关峰的输出。利用该双相位编码后的联合变换相关技术探测不同目标图像相对于参考图像的位移矢量,并拟合圆。此拟合圆圆心到圆上点的矢量即为经自准直光学系统放大后的偏心矢量,从而同时确定了中心偏差的大小和方向。实验结果表明,通过双相位编码后的相关输出仅保留一个尖锐的相关峰,实现了位移矢量的亚像元探测;使用联合变换相关技术准确地测量了透镜的中心偏差,其测量结果的实验标准差为0.1μm,误差绝对值最大为0.3μm,满足一般透镜中心偏差测量的要求。     

基于傅里叶变换相位提取法的激光回馈应力测量系统

高端玻璃的内部应力精确测量关系其所在系统的安全性和可靠性。本文提出一种基于激光回馈效应的应力测量方法,激光回馈系统由激光器和外部反射镜构成,待测样品放置在回馈外腔中,通过回馈光对激光器内部增益调制产生的偏振跳变现象提取双折射信息,进而获得应力。首先,从理论上分析了回馈系统中激光器输出的正交偏振模式相位与外腔应力双折射的关系;接着,通过傅里叶变换的方式得到双折射外腔激光回馈系统光强调谐曲线的相位信息;然后,采用标准四分之一波片对系统和算法的精度进行了测试。最后,采用激光回馈系统对不同的飞机座舱有机玻璃样品内应力进行了测量,并给出测量结果。实验结果表明:该系统对应力的条纹数测量精度优于8.3×10-4,满足高端玻璃的应力检测需求。     

深孔表面三维形貌测量与控制装置的研制

针对深孔表面三维形貌难于检测的问题，在传统的触针扫描技术的基础上，利用柱面激光-全息光栅传感器，设计出了独特的光栅信号采集处理电路，采用大小数细分与融合的方法，来进行表面微观轮廓信息的采集。由上位机通过PCI总线的多功能板卡及步进电机细分驱动器来进行触针轴向微位移量的高精度运行控制，较好地实现了对深孔表面三维形貌的测量。详细介绍了深孔内表面三维形貌的测量与控制装置的测量原理、软硬件设计及特点，并给出了实验结果。     

基于波数分析的激光Lamb波缺陷检测试验研究

Lamb波的频散和多模态特性,使得利用Lamb波信号的时域或频域特征实现缺陷的定量检测具有一定的困难。基于全光学型激光超声检测系统,采用波数分析方法对铝板中缺陷开展定量检测研究。脉冲激光在固定位置激励,连续激光一维线扫描接收,获得时间-空间波场信号,Lamb波信号的传播特征以及Lamb波与缺陷之间的作用规律被直观的展现。采用二维傅里叶变换将波场信号从时间-空间域转换到频率-波数域,信号中包含的各模态可很好的识别出来。为保留空间信息,借鉴短时傅里叶变换的思想,采用短空间二维傅里叶变换得到沿扫描路径上波数的分布,从中可直观看出缺陷的位置和尺寸。进一步根据波数和频厚积之间的关系,可计算得到缺陷处铝板的厚度。试验结果表明:该方法有效实现了缺陷位置、大小以及深度的评估。     

傅里叶变换表面离化离子迁移率谱仪

表面离化离子迁移率谱仪是一种可用于痕量含氮有机污染物检测的装置,具有灵敏度高、响应快等特点。文中尝试将傅里叶变换技术应用于表面离化离子迁移率谱仪,以提高表面离化离子利用率,从而提高仪器的信噪比。以三乙胺检测为例,比较了线性扫频和步进扫频两种工作模式。结果表明,与传统单周期扫描法相比,傅里叶变换表面离化离子迁移率谱仪的信噪比提高约3～5倍;线性扫频模式有更短的检测周期和较高的信噪比;在相近信噪比条件下,线性扫频模式傅里叶变换离子迁移率谱仪的扫描周期仅是多周期扫描信号平均法用时的1/4,因而更适用于快速检测。     

视觉驱动的语音合成系统中唇形轮廓的正交变换描述

为了能够自动而且快速地获取唇读系统中所必需的唇形轮廓特征,提出了将正交压缩变换的方法用于唇形轮廓的特征提取,并对得到的唇形轮廓曲线进行了分析研究。通过离散傅里叶变换(DFT)和离散余弦变换(DCT)分别得到描述唇形轮廓特征的傅里叶描述子和离散余弦变换描述子,然后将两类描述子作为唇形轮廓的特征向量,采用隐马尔可夫模型(HMM)进行学习和识别。基于独立汉字发音的实验表明:在达到40％的识别率时,刻画唇形轮廓特征所需的离散余弦变换描述子数目为15个,傅里叶描述子数目为20个。在相同的识别效果时,刻画唇形轮廓特征所需的离散余弦变换描述子数目少于傅里叶描述子,可减少数据运算量和运算所需时间。     

激光差动共焦透镜中心厚度测量系统的研制

基于高精度光学共焦定位技术研制了一种全新的非接触透镜中心厚度测量系统,该系统利用差动共焦技术的高轴向层析特性和轴向响应曲线的绝对零点对被测透镜的前表面顶点和后表面顶点分别进行精密瞄准定位;同时,利用激光干涉仪获得透镜前、后表面顶点的位置坐标;然后通过光线追迹算法计算透镜中心厚度,进而实现了透镜中心厚度的高精度非接触测量。实验结果表明,该系统测量精度高,测量标准差小于1μm,满足透镜中心厚度测量的精度要求。     

热轧圆钢截面轮廓及直径结构光在线检测系统

基于激光视觉三维测量原理,采用四个结构光传感器设计了一套热轧圆钢截面轮廓及直径结构光在线检测系统.提出了一种现场快速统一标定方法,并设计了相应的新型立体标定靶标.提出了一种对截面轮廓三维数据进行筛选和融合的数据处理方法,得到圆钢截面较理想三维坐标,从不同方位采用平行线相夹法测量圆钢截面直径.进行了系统标定实验和测量实验,实验结果证明系统在一定测量范围内能实时获取圆钢截面轮廓,直径测量精度在0.2mm以上.     

面向重建的结构光中心快速提取方法

在逆向工程的非接触光学测量系统中,准确、快速提取光条中心是保证获取实物表面形状数据精度和算法实时性的关键因素。根据激光强度符合高斯分布和光条边界的连续性特点,对传统的光条中心提取方法进行改进。考虑光条在图像中的形状和分布特征,通过从图像的不同位置和方向扫描得到光条中心,并比较了不同扫描方法所用的时间。利用本文方法重建了动车轮毂的三维轮廓。实验结果表明,本文方法比传统方法有明显提高,具有较强的实用性。