一种针对投影仪gamma效应的相位误差补偿方法

结构光的相移轮廓法具有非接触和效率高的测量优点,但是,由于投影仪的gamma效应影响,工业相机捕获的条纹像素值发生了畸变,导致计算出的相位值产生误差,降低了测量的准确度。针对这一问题,首先分析了相位误差的数学模型,对模型进行了进一步的研究;然后,利用得到的模型,设计了条纹图像的投射方案,将原条纹移相π/2,计算出原条纹和移相条纹的相位均值作为最终的相位,达到相差补偿的目的。最后,对条纹投射数量进行了优化。实验结果表明,所提方法无需计算畸变的γ值。相位补偿后,均方根相位误差降低了45.7%。     

数字相移测量中的高精度相位误差补偿

数字相移测量的主要误差来源于由数字投影机引入的Gamma(γ)畸变。投影范围内的γ非一致性使得基于单一γ的校正技术和相位误差补偿技术存在较大残余误差。在分析γ非均匀分布的基础上,提出了基于像素的相位误差查找表补偿方法。该方法根据像素自身的γ,动态地建立相应的相位误差查找表,进行相位误差补偿,有效提高了补偿精度。对实际测量结果做了分析并与基于单一γ的方法进行了比较,证明了基于像素的相位误差查找表补偿方法能够获得更高的精度。     

基于最小化灰度误差的非线性相位误差补偿方法

非线性相位误差是影响数字投影平面检测精度的重要因素,为了补偿数字投影系统中的非线性相位误差,对非线性误差的模型进行了研究与分析。根据误差模型中的高次谐波理论,构建了一个评价函数,利用此评价函数可以确定补偿之后的截断相位。首先,需要利用高步相移技术求出各谐波项的系数,然后通过相移公式求出实际的截断相位,最后,使用评价函数来求取补偿之后的截断相位。实验结果表明：此种误差补偿方法效果明显,将实际物体相位误差的平均绝对误差与标准差从0.027 31 rad和0.031 14 rad降低至0.008 71 rad和0.010 79 rad,极大提高了相位的精度。     

结构光三维测量非线性相位误差主动校正法

结构光相移法测量系统中,投影仪存在的gamma失真现象会带来明显的测量误差。提出了一种主动gamma校正技术,建立输入光强与输出光强的多项式模型,将该模型反作用于输入光强,极大地削弱了由gamma失真现象带来的影响,提高了测量精度。为了验证该方法的有效性,将该gamma校正技术用于传统的四步相移算法,经过计算机仿真,精度相比校正前提高了90%。采用该方法,与现有的被动相位补偿算法相比不需要计算每个相位的误差且不局限于特定的相移步数及解包裹方法,简单且有效;与已有的基于投影光栅预编码的主动gamma校正技术相比,所提方法不局限于gamma模型,提高了其灵活性。     

基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建

提出了一种新的区域调制相移二值化三维结构光重建方法。首先,引入散焦三角二值模式,在不进行伽玛校正的情况下获得高质量的正弦条纹。然后,采用改进的包含平均强度图像的三步移相算法得到包裹相位和目标掩模。在此基础上,采用多频法得到了展开相位。最后,采用两步匹配方法得到相应的匹配点。实验表明,该方法比以前的方法更精确、有效。     

误差补偿技术在相位偏移干涉测量中的应用

在研究泰曼—格林相位偏移干涉仪测量原理基础上，分析了位移驱动器移相误差对五幅移相计算结果的影响，一阶线性误差和二阶非线性误差是相位偏移干涉测量技术中产生相位误差的主要因素；提出了五幅算法移相误差补偿技术，该方法直接从相位偏移干涉图中计算移相过程中存在的一阶及二阶移相误差，对五幅算法结果进行误差修正；采用玻璃平晶为测试对象，建立了泰曼一格林干涉仪移相误差补偿原理试验系统。试验结果表明在同时存在一阶移相误差及二阶移相误差情况下，采用提出的移相误差补偿方法可以将位移测量精度提高6倍，相当于采用氦氖激光器的倍程干涉仪中位移精度达到1．0nm。     

光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究

针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题,提出基于坐标旋转数字式计算机算法(CORDIC)的正交误差实时补偿方法。针对CORDIC算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题,引入向量模式双迭代方法抑制CORDIC算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差,并结合局部查表法消除信号峰值区间的角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构3个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差角度的实时补偿,采用CORDIC算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号,实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以FPGA为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果,实验表明信号在正交误差[1°,10°]时,相位检测误差在±0.04°以内;信号在不同频率不同相位差时,补偿后其相位最大误差在±1°以内,平均误差在±0.1°以内,均方差在0.5°以内,证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。     

基于Steinmetz原理与瞬时无功理论的SVC装置防过补偿控制策略

针对配电网中无功功率过补偿问题,在研究当前不平衡负荷补偿原理及补偿算法的基础上,通过改进Steinmetz理论,推导出了一种包含功率因数参量的补偿导纳算法.利用瞬时无功理论求得了该补偿导纳算法的实用公式,以该算法作为静止无功补偿装置（SVC）的控制策略,可以快速准确地平衡三相有功功率,将负荷补偿到指定功率因数,有效地防止了过补偿造成无功功率倒送.在Matlab电力系统仿真环境下进行了仿真试验.仿真结果表明,该算法具有较高的精度和动态响应速度.     

莫尔条纹信号相位误差补偿

为减小莫尔条纹信号不正交时的正切法细分误差,提出了一种可对任意相位滞后误差进行实时补偿的新算法.在分析了相位不正交对细分精度的影响后,通过对信号过零点的准确采样,计算出余弦信号相位滞后的角度值,进而确定了实际的相位计算公式.根据存在相位滞后信号的极性和幅值信息,对完整的短周期信号进行相位分段补偿,并分析了影响算法实现的各个因素.仿真实验表明,本算法可实现对相位滞后误差的实时补偿,有效降低信号相位不正交对细分精度的影响,使细分误差仅为未补偿误差的10%,极大地提高了莫尔条纹信号细分精度和位移检测精度.     

激光测量几何误差补偿算法

激光技术作为重要的测量手段,已经被广泛的应用到精密运动控制系统中。激光测量误差直接影响到运动控制系统的控制精度,其中阿贝与余弦误差等几何误差对激光测量精度影响显著,在精密运动控制中必须予以补偿与校正。以精密运动台多维激光测量模型为基础,介绍了阿贝与余弦误差产生原因。在不考虑激光干涉仪的加工和安装误差的情况下,推导了运动台存在倾斜角度下的阿贝与余弦误差计算模型,在此基础上给出了激光测量数据误差补偿模型,以实现测量数据的实时补偿与修正。算法已经成功应用在实例中,表明该算法的有效性与可靠性。     

Phase-measuring algorithm to suppress inner reflection of transparent parallel plate in wavelength tuning Fizeau interferometer

Optical thickness variation is a fundamental characteristic of transparent optical devices. When measuring this variation by using a wavelength-tuning Fizeau interferometer, the measurement accuracy depends on the phase-shifting algorithm being used. Therefore, the phase-shifting algorithm should compensate for any errors incurred during the measurement, including the phase-shift error, coupling errors, and bias modulation of intensity. Among these errors, however, the coupling errors between the higher harmonics resulting from the inner reflections of the transparent plate and phase-shift error have not previously been considered. This paper presents a derivation of a 19-sample phase-shifting algorithm that can compensate for the miscalibration and 1st-order nonlinearity of the phase shift, coupling errors, and bias modulation of intensity during wavelength tuning. The characteristics of the 19-sample algorithm were estimated with respect to the Fourier representation in the frequency domain. The phase error of measurements performed using the 19-sample algorithm was discussed and compared with that of measurements obtained using other conventional phase-shifting algorithms. Finally, the optical thickness variation of a fused silica parallel plate was obtained using a wavelength-tuning Fizeau interferometer and the 19-sample algorithm. The measurement accuracy was discussed by comparing the ripples in the crosstalk noise with those calculated using other phase-shifting algorithms. The experimental results indicated that the optical thickness variation measurement accuracy for the fused silica plate was approximately 2 nm.     

基于频域分析的抗振移相干涉测量

针对移相干涉测量中振动引起的移相误差和对比度变化,提出了一种从空间载波干涉图频谱中提取移相和对比度信息的方法。该方法通过分析载波干涉图频谱,从基带和边带中提取移相和对比度信息,运用最小二乘法补偿对比度变化并复原波前位相。最后采用构造平滑孔径函数对带有孔径的干涉图进行处理。数值仿真证明:提出的方法可以高精度检测移相量和对比度变化,能够有效补偿因对比度变化引起的位相复原误差。在频率为9Hz、幅度为0.5μm的简谐振动条件下实验验证了本文方法的实用性。结果显示:从受振动干扰的干涉图中复原平晶表面时,其复原误差PV值小于0.015波长。该方法无需硬件改动,有望为移相干涉测量应用于现场测量提供一种低成本的解决方法。     

Calibration method to characterize the accuracy of phase-shifting point diffraction interferometer

Characterization of measurement accuracy of the phase-shifting point diffraction interferometer (PS∕PDI) is usually performed by two-pinhole null test. In this procedure, the geometrical coma and detector tilt astigmatism systematic errors are almost one or two magnitude higher than the desired accuracy of PS∕PDI. These errors must be accurately removed from the null test result to achieve high accuracy. Published calibration methods, which can remove the geometrical coma error successfully, have some limitations in calibrating the astigmatism error. In this paper, we propose a method to simultaneously calibrate the geometrical coma and detector tilt astigmatism errors in PS∕PDI null test. Based on the measurement results obtained from two pinhole pairs in orthogonal directions, the method utilizes the orthogonal and rotational symmetry properties of Zernike polynomials over unit circle to calculate the systematic errors introduced in null test of PS∕PDI. The experiment using PS∕PDI operated at visible light is performed to verify the method. The results show that the method is effective in isolating the systematic errors of PS∕PDI and the measurement accuracy of the calibrated PS∕PDI is 0.0088λ rms (λ = 632.8 nm).     

电阻应变式传感器在应用中的误差补偿

介绍电阻应变式传感器在应用中由于环境温度等因素的影响,会产生各种误差。传感器在实际测量中采用温度补偿、非线性误差补偿、智能压力传感器补偿的方法来提高测量精度,保证测量的准确性。     

数字化白光扫描干涉仪的研究

研究并设计实现了微形貌测量白光扫描干涉仪系统和光纤偏振耦合点监测白光扫描干涉仪系统.前者采用Mirau相移干涉形式,用压电陶瓷传感器PZT作移项器,主要用于微形貌测量,精度可达nm量级.后者采用光路补偿白光Michelson干涉形式,用格兰棱镜对偏振态进行调整控制,用移动参考臂来补偿由于耦合点所造成的光程差,光纤寄生偏振耦合测试仪的空间分辨率达到50mm,测量范围达到1km,探测灵敏度不小于-80dB(耦合模式与主模式的功率比).     

圆光栅角度传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和粒子群算法提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高圆光栅角度传感器的测量精度。使用光电自准直仪和金属多面体对圆光栅角度传感器的测量误差进行了离散标定,通过对标定数据的频谱分析,发现传感器测量误差主要由几种不同频率的正弦函数信号组成,由此提出了一种基于正弦函数的圆光栅角度传感器误差补偿模型。补偿模型中包含7个待定常量,本文采用粒子群算法求解这7个待定常量以克服最小二乘法无法收敛的问题。以待定常量为粒子位置坐标,以平均误差为适值函数,建立了一种基于粒子群算法的参数辨识模型,并根据参数辨识模型求出最优的待定常量。应用补偿模型对关节臂式坐标测量机的6个圆光栅角度传感器测量误差进行了补偿,结果表明:补偿后各角度传感器的平均测量误差减小了约398～1102.5倍,大大地提高了传感器的测量精度。     

An accurate three-dimensional scanning system with a new phase error compensation method

An accurate three-dimensional scanning system based on fringe projection and active triangulation is presented. The structured light projection is implemented by using a special grating element fabricated by electron beam lithography which ensures the phase-shifting accuracy and continuous intensity. The phase error caused by non-sinusoidal phase-shifting patterns is reduced significantly by a new compensation method, and an average 62.5% improvement of the vibration error is revealed. The experimental results indicate that the measurement error of the system is lower than 0.04 mm, with a variability of about 0.03 mm. The registration of multi-view test results indicates registration standard deviation can be lower than 0.1 mm. The system promises a favourable future for industrial application, especially in reverse engineering of free form surfaces.     

单频激光干涉仪正交信号的高精度处理

为了提高单频激光干涉仪正交信号相位细分辨向的可靠性与重复性,本文在正交信号Heydemann误差模型和数字信号处理技术的基础上,提出一种结合误差修正和相位细分辨向技术的正交信号高精度误差补偿算法。该算法采用基于最小二乘法的矩阵运算计算正交误差补偿参数初值,通过迭代运算进一步提高补偿精度,并对修正后的信号构建了基于相位的细分辨向算法。最后通过MATLAB软件对该算法进行了验证。实验结果表明,上述算法可实现对正交信号误差的精确补偿,使测量精度可达亚纳米甚至皮米数量级,从而有效提高测量信号的解调精度。     

神经网络在激光位移传感器误差补偿中的应用

为降低入射角对激光定位移传感器测量精度的影响,提出一种新型的误差补偿方法：先采用ＢＰ神经网络实现测量误差与法矢章动角和进动补偿方法可有效地提高激光位移传感器的测量精度。在此基础上,提一步提出了自由工面测量误差的补偿方法。