结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统

三维轮廓检测能力决定了光学自由曲面开发的进度和应用的范围。基于条纹反射法检测原理提出了一种结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统。该系统主要用于光学自由曲面轮廓的检测,以立体视觉测量得到的光学自由曲面轮廓数据作为初值,结合相位测量偏折法测量数据的迭代,得到精度更高的光学自由曲面轮廓测量结果。实验结果表明,该系统可测量直径为300 mm、倾斜角范围为±20°的自由曲面光学元件,系统的复合测量能力强,光学自由曲面的测量不确定度小于±1μm。     

单晶硅微构件力学特性片上测试系统

设计一种集成静电梳状驱动器和测试结构，专用于单晶硅微构件断裂、疲劳性能测试的片上测试系统。详细介绍测试系统的结构和工作原理。对静电梳状驱动器的驱动电压一驱动力关系、结构刚度以及谐振频率进行计算。利用MEMS（micro-electro-mechanical system）体硅工艺制造该测试系统，加工得到的测试系统在显微镜工作台上进行静态和动态弯曲实验，并将实验结果与ANSYS分析结果进行对比。结果表明，该测试系统性能稳定，能够实现对单晶硅微构件的弯曲断裂和疲劳测试。     

微机电系统静动态测试技术研究

在中国国家863高技术发展计划MEMS重大专项课题《MEMS动态特性频闪干涉视觉三维测量技术及系统》资助下，研发微机电系统(Micro Electro Mechanical System , MEMS)动态特性三维测量技术与系统。对已有的微几何量、微材料力学性能和MEMS动态参数测试方法进行研讨。 几何尺寸和表面形貌轮廓的测量是MEMS测量的基础。二维微几何量检测采用普通光学显微镜和扫描电子显微镜。表面形貌测量大致可分为接触式测量和非接触式测量，机械触针式轮廓仪是典型的接触式测量仪器，非接触式测量大多采用光学技术，主要有光针式轮廓仪，采用光切、干涉、投影光栅和微视觉等测量方法。     

立体视觉三维测量系统中的数据获取技术

提出了一种快速获得物体精确三维数据的新方法。该方法把三维视觉中的主动式与被动式数字化技术相结合，以立体视觉为原理，辅助以主动式密集结构投影光，有效地解决了立体测量的对应点匹配问题。主要针对该系统中的从图像数据获取技术，结合图像后续细化即实现图像目标边缘像素层层剥离的目的，提出采用基于图像目标边缘信息的小波边缘分析自动阈值法进行图像二值化，为本测量系统由二维到三维的快速数据转化的完全实现提供了坚实的基础。     

基于图像处理的三维工业内窥镜研究

介绍了一种三维工业内窥镜系统,该系统是基于立体显示中的双目立体视觉原理,应用于工业检测的光电仪器.对双目立体视觉的视差原理及立体图像算法进行了分析和介绍,对三维工业内窥镜的图像处理系统、图像显示和硬件电路等进行了研究.在该系统中利用VHDL语言的软件编程、并采用时分制立体显示方案.采用视频解码芯片ADV7402实现多种视频格式的输入;采用LFXP6C-3P208芯片及利用VHDL语言编程,实现双路视频的采样、合成及处理.系统实现了内视立体观察和尺寸的立体测量.     

货车承载鞍磨耗视觉自动检测研究

研究基于视觉检测原理的承载鞍磨耗尺寸自动检测系统，采用立体视觉结合结构光投射技术设计了测量传感器，由传感器组成测量组件，每个测量组件可以测得承载鞍一个磨耗面的三维形貌，多个测量组件构成完整的检测系统，同时测量承载鞍各个复杂磨耗面实际三维形貌，由此计算得到相关磨耗尺寸。为实现测量自动化，设计了自动传送机构和分选机构。系统工作稳定、测值准确、速度快，解决了承载鞍磨耗长期依赖手工模板测量的难题，为保证铁路运行安全提供了有效的检测手段。     

显微立体视觉小尺度测量系统的标定

结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法,提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先,通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物,并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后,基于非参数化的光学畸变模型,采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场,并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后,利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置,验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数,并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明,采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%,能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。     

光笔式大视场三维视觉测量系统

针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统.基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算.应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定.研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm.实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路.     

基于投影法检测光学元件面形的图形处理算法

基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法——投影法,能够快速准确地实现光学元件面形的在线检测,通过对采集图片的图像预处理,区域立体匹配分析,曲线拟合及面形实验等算法还原被测光学元件面形模型。实验结果表明,将这种方法用于检测光学元件可以真实还原光学元件三维外貌特性,具有实际应用价值。     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

激光共聚焦扫描显微镜在微机电系统中的应用

在微机电系统中,三维微结构分析是对微加工工艺进行表征的一种重要手段。随着微机电系统研究的深入和产业化的需求,其微结构分析在微机电系统中的重要性日益凸现。激光共聚焦扫描显微镜因其高分辨率、非接触、数据结构分析快等优点,在微结构分析中得到了大量的应用。本文介绍激光共聚焦扫描显微镜的成像原理,重点介绍激光共聚焦显微镜在大角度测量和形貌分析中的应用。同时,与台阶仪、扫描电子显微镜和白光干涉仪相比较,指出激光共聚焦扫描显微镜在微结构分析中的优点和局限性。     

采用立体视觉的子孔径拼接测量工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统,对该系统的数学模型、测量原理以及基于四元数法的位姿变换矩阵求取方法进行了研究。首先,介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,并基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求,接着引入了立体视觉辅助测量系统,建立了其通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01度,能够给优化拼接算法提供一个有效的初始值,且该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且在其视场范围内不产生误差累积,方法简单实用,稳定可靠。     

基于微装配领域的微操作机器人系统研究

微装配已成为制造业遇到的新问题,制约着微机电行业的发展。文中对用于微装配领域的微操作机器人系统进行了系统的研究。提出了微操作机器人机构的选型准则,介绍了控制系统结构框图以及补偿方法、显微成像系统的结构,以及微夹持器设计中存在的若干问题。     

基于多图像融合的MEMS显微三维形貌重构

针对微型机电系统(MEMS)的三维测量,显微镜或光学轮廓干涉仪等传统方法存在显微测量精度低、设备成本高等问题,且当结构含有较多断裂面时,解包裹算法效果欠佳。本文提出一种基于多图像融合的MEMS显微三维测量方法。不同于多角度显微三维测量方法,本研究首先利用单目显微镜,通过单一轴向移动获取一系列测量目标深度信息的单一角度图像,并利用去雾算法对图像进行预处理,实现了去噪和有效信息提取的目的;然后通过聚焦测度算法获取待测对象的深度信息;最后利用数据处理软件进行三维拟合。基于上述原理,本文以焦平面阵列(FPA)作为待测目标进行了测量实验。本文提出的三维测量方法和图像处理算法可获得更准确的FPA形貌,可清晰显示反射面与支腿部分及反射面上的释放孔,测得FPA的支腿长度为110.6μm,每个反射面的像元尺寸为120.8μm×70.8μm,与设计值基本吻合,解决了断裂面难以测量的问题,同时降低了微结构测量的难度和成本。单目显微镜单向移动的多图像融合测量技术对MEMS的三维形貌测量具有重要意义,去雾算法在图像融合与三维测量的图像处理也有很好的应用价值。     

MEMS三维动态测试系统的同步控制方法

为使M EM S(m icro e lectro m echan ica l system)三维静动态测试自动可靠地进行,基于测试系统的测量原理及其精确同步控制要求,提出了相应的计算机同步控制方法。详细讨论了同步控制的设计实现及关键技术。通过对压力传感器膜和硅微陀螺仪的静动态测试,验证了同步控制的准确性和可靠性。     

一种双目分时显微立体成像系统的研制

微操作系统进行三维精细操作,要求视觉传感器输出立体感较强的图像。本文在论述立体成像发展概况和基本原理的基础上,应用双目分时多路显示技术,设计和研制了微操作系统中的显微立体成像系统,并指出该系统的优点和不足。     

宽公差曲面快速测量及基于OpenGL的显示技术

从实际应用的角度出发,介绍了一种宽公差曲面快速测量方法,分析了系统的组成和测量的原理。该系统采用激光三角测量法,并把点扫描拉伸成线扫描,在保证同样的测量精度情况下大大地提高了测量速度。系统在采集完数据后,利用开放图形库的三维造型技术在一定的精度要求下近似描述曲面,以实现模型的立体效果展示。最后以三维人脸数据测量为例,论述、验证了该方法的有效性。     

Correlation analysis of couple optical paths for micro stereovision with stereo light microscope

A micro stereovision system with a stereo light microscope (SLM) has been applied in micromanipulation systems. There is a coupling connection between two optical paths of a stereo light microscope. The coupling intension corresponds with two factors: the structure of an SLM and the position of an object point in the view of an SLM. In this paper, a correlation function is proposed to describe the coupling intension between the couple optical paths of an SLM. The quantified results are applied to the error analysis of the imaging model. Experiments show that the correlation of the optical paths of a common main objective of stereo light microscope (CMO-SLM) is little more than that of a G-SLM, and the error must be considered when a pinhole imaging model is used to analyze its correlation.     

基于功能特性的MEMS表面结构三维测量评定探索

MEMS表面结构质量对其功能特性具有重要的影响,本文专门探索研究了MEMS表面结构三维测量评定,主要分析了其表面结构质量对其功能特性影响,并举例进行了分析;提出了基于功能特性的MEMS表面结构三维测量评定综合参数、测量评定流程方案.