数字莫尔条纹非球面检测技术的理论研究

介绍了非球面检测的数字莫尔条纹法,根据两光栅叠加理论给出了数字莫尔条纹的数学模型,并通过三步数字相移技术得到反映被测量非球面面形特征的相位分布,最后利用三步相移算法得到非球面的面形特征,从而达到检测非球面的目的.     

非球面面形检测的特征干涉图数字分析法

对干涉图的数字分析法进行了研究,首先,利用动态条纹扫描技术对干涉图进行数字分析,然后与理论计算结果相比较,从而获得面形误差数据,最后在改进型ＳＰＧ－Ⅱ型激光数字波面干涉仪上进行实测验证,表明其测量精度可达λ／２０（ＰＶ）,对非球面度较小的非球面面形,其检测可通过直接利用标准球面镜作为参考表面在干涉仪上获得“非球面特征干涉图”来实现。     

基于图像的二次反射镜面形质量快速检测方法

针对二次反射塔式太阳能热发电技术中二次反射镜面形精度要求高的特性, 利用2种条纹方向正交的直条纹图案将待测面形分解为2个正交方向的像素偏差量, 通过二次反射镜面形快速解算模型将像素偏差转换成镜面反射法线的偏差角, 实现了待测面面形的快速检测。然后, 对二次反射镜样品进行面形检测, 再将检测结果与基于关节臂测量机的检测结果进行了对比, 结果表明2种检测方法的检测结果相符。     

用条纹扫描剪切干涉仪测量非球面面形

研制了用于测量光学非球面面形的条纹扫描型棱镜式剪切干涉仪。介绍了该仪器的测量原理、电路和数据处理过程。还推出了二次曲面与最适球面的差值。这样,当最适球面半径与被测件孔径相比很大时不测最适球面半径也可得到被测面相对于设计值的偏差。最后给出了一个非球面面形的测量例。     

光学面形检测仪

该仪器采用相移式横向剪切干涉技术,是一种数字波面测试技术.其原理是将相干两个剪切波面中的一个波面作阶梯式或连续变化,从而使干涉场中的干涉条纹作阶梯式或连续式扫描,用CCD相机获取干涉场中各点的光强,利用图像中各点光强的变化关系,求出被测波面的位相信息或波面面形.由于横向剪切干涉技术是利用被测波面自身实现干涉的,不需要标准的参考面,测试装置简单、测量速度快、测量精度高,且可以实时对剪切干涉图进行采集与处理,得到被测原始波面的信息.由西安工业大学研制的该测量仪器适合测量非球面度不高的光学非球面面形,如抛物面、椭球面、双曲面等二次曲面或其他高次曲面的非球面镜,克服了过去用刀口阴影检验不     

获取平面光学元件面形偏差的方法研究

提出一种利用BP神经网络获取平面光学元件面形偏差的方法。该方法先确定一幅干涉条纹图像测试区域中条纹弯曲量和条纹间距,然后对BP神经网络进行训练,最后获取被测平面光学元件的光圈数。通过与Zygo激光干涉仪的测量结果进行比较,发现两者的测量结果相吻合。实验结果表明,该方法不仅可以增强处理干涉条纹图像的适应性,而且可以提高测量精度。     

PZT移相和CCD非线性对高精度球面面形检测的影响

为了提高球面面形的检测精度,对移相菲索干涉仪的球面测量方法中影响高精度球面面形检测的压电陶瓷晶体(PZT)移相误差和电荷耦合探测器(CCD)非线性误差进行探讨.通过理论分析和数值模拟的方法分别对PZT移相误差、CCD非线性误差进行具体分析,着重研究PZT移相误差和CCD非线性误差的综合影响.由五步移相算法,推导得出PZT和CCD的综合误差公式,对影响综合误差大小的主要因素如CCD二次非线性系数、条纹对比度和被检面曲率半径与口径的比值等进行分析.结果表明,提出的控制PZT和CCD综合误差影响的准则和相应的减小误差影响的方法,可以提高球面面形的检测精度.     

一种旋转轴系径向跳动精度的检测装置

为了检测旋转轴系径向跳动的精度,研制了一种旋转轴系径向跳动精度的检测装置。该装置以与主轴同轴安装的主光栅为基准,通过指示光栅与主光栅同轴安装,对径放置两接收系统接收到两光电信号,利用相位计测出两信号的相位差,把旋转轴系的径向跳动量转换为两光电信号的相位差,经过换算,给出旋转轴系的径向跳动精度。分析了影响检测结果的因素,该装置已成功应用在旋转轴系的精度检测中,装置的测量误差不大于0.2μm。检测结果表明该装置具有结构简单,装调方便,测量精度高等特点。     

莫尔条纹技术在微小位移测量中的应用

按照光的直线传播原理，利用光栅栅线之间的遮光效应，推导出了莫尔条纹间距的计算公式，叙述了莫尔条纹测量微小位移的工作原理．并利用莫尔条纹技术设计了两个微小量的测量装置．给出了相应于该测量装置的测量方法，并与常用的测量方法在实验上进行了测量对比．结果表明测量装置结构简单、测量方法简便，测量精度较高．     

零补偿干涉检测实现及误差量规律

针对大口径离轴光学非球面反射镜的特殊工艺性,在合理设计零补偿器结构形式的基础上,综合考虑零补偿器各组件的误差参量做进一步优化.利用零补偿器实施非球面元件面形干涉检测过程中,着重分析调整误差对检验精度的影响,建立误差标定模型.以一块二次离轴非球面反射镜为实例进行了计算机模拟分析,得到对应不同调整误差的干涉图样,可以为快速地调整补偿器与被检元件之间相互位置提供参考,有助于获得指导加工的真实面形结果.     

GPU加速的鲁棒性人脸2.5D重建方法

针对人脸三维重建问题,提出利用多面体模型快速从人脸三幅光度立体图像中重建其2.5D结构的鲁棒性方法,并较少受高光和阴影以及毛发的影响。以漫反射光照模型建立多面体每个面与人脸图像每个像素点间的方程组,利用加权最小二乘方法求解初始人脸2.5D结构,并利用计算机图形学算法以包含镜面反射和阴影的绘制模式虚拟合成该初始结构的光度立体图像。以此虚拟光度立体图像进行第二次重建,并比较两次重建结果的差异以推断重建方法的误差,从而修正计算结果。为加速计算过程,给出了充分利用现代可编程图形处理器(GPU)高速并行计算能力的硬件实现计算的方法。在YaleB人脸数据库上的实验表明,该方法能快速重建出人脸的2.5D形状和纹理,并克服阴影和高光以及毛发的影响。     

光学非球面度的探讨

非球面度是描述非球面光学零件的重要参数,其值大小将影响到采用的加工方法、加工量的大小等.本文分析了几种非球面度的定义,研究了不同定义方法对采用计算机控制光学表面成形法指导加工的影响,从光学零件加工的角度探讨了光学非球面度的合理确定.     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

高密度组合结构光编码方法

为了提高采样的密度,缩短采样的时间,提出了一种非接触式的组合结构光编码技术。首先由计算机构造的一系列格雷码和二值条纹,按一定的时间顺序投射到被测物体上;然后,提取格雷码的边缘和二值条纹白条纹的中心,将其上的点作为图像的采样点并解码。通过辅加二值条纹,消除了格雷码的一位解码误差,制造了丰富的特征点,易于实现物体的三维重建。试验证明,该技术简化了光栅投影的步骤,提高了重建的精度,具有很好的实时性和有效性。     

组合测量在莫尔条纹中心亚像素定位的应用

利用Talbot-Moiré技术测量长焦距时,条纹中心的定位精度直接影响条纹宽度或斜率的计算精度.提出采用Canny算子和形态学方法对条纹中心进行像素级粗定位,用高斯曲线对条纹灰度进行拟合对其进行亚像素定位,并用组合测量的方法和最小二乘法来处理数据,减小了随机误差对条纹中心定位精度的影响.经过对光强符合正弦分布的标准条纹的定位,验证了采用本文的定位方法可以减小条纹中心定位误差,从而提高条纹周期的计算精度.并实际测量了光栅的栅距,实验结果再次证明采用组合测量的数据处理的方法可以提高亚像素定位精度.     

由粗到精的三维人脸稀疏重建方法

针对传统三维人脸重建算法精度不高的问题,提出一种由粗到精的三维人脸稀疏重建方法。根据稀疏形变模型方法对待重建人脸的部分区域显著点进行重建,得到第1步重建结果,并在此基础上进行后续重建。将第1步的重建结果作为新的参考模型,求取待重建人脸与参考模型的特征点的坐标投影距离,从而求取参考模型的形变因子,完成最终三维人脸的重建。由于两步稀疏重建的作用不同,对重建过程中参数的选取也采用不同方式。实验结果表明,该方法能有效提高人脸重建精度,同时保持较快的重建速度。     

光学非球面最佳参考圆的确定及其应用

应用干涉法测非球面,必须测量参考球面的曲率半径才能得到非球面的面形,因此需要精密的测长机构.本文介绍一种在一维测量时,用数学方法确定非球面最佳参考圆的参数,进而由干涉图求得非球面面形或面形误差的新方法,从而可省去测长机构.所提出的微扰动阻尼牛顿迭代法求非线性最小二乘解,经实践证明,有很好的迭代效果.     

基于改进总变差正则化算法的金属缺陷三维重建方法

为解决电磁层析成像(electromagnetic tomography,EMT)图像重建中的不适定性和病态性,将电磁层析成像用于金属缺陷检测,根据缺陷分布的稀疏性,提出了一种基于改进的总变差正则化算法(total variation,TV)的电磁层析成像图像重建方法,讨论了检测深度与激励频率的关系,利用三维重建算法对金属零件的表面和内部缺陷进行检测。通过仿真和实验评估了所提出算法的性能,并与Tikhonov正则化算法和L1正则化算法的重建图像和相对误差(relative error,RE)进行了比较。仿真和实验结果表明:使用改进的TV正则化算法重建的图像具有更好的图像重建效果和更小的相对误差,相对误差低至0.1左右,可以提高缺陷图像的重建质量和精度。     

三维重建表面几何特征的提取与参数测量计算

对三维重建结果的表面特征进行提取和误差分析,是提高三维目标测量精度的关键步骤. 提出了对三维重建表面几何特征进行提取,并对其进行参数测量计算的方法. 首先利用STL文件对三维重建得到的目标点云数据进行读取、导出并筛选,得到三维重建目标的点云数据,通过迭代计算生成CAD模型表面点云数据. 再提取重建目标与CAD模型的几何特征,计算粗糙度、平行度和平面度等几何参数特征值,进行误差比较和分析,最后将该结果反馈至三维目标重建过程中. 实验结果表明,提出的方法能有效地提取三维重建结果表面几何特征及对表面进行测量计算.     

物体三维表面形状的自动化测量

介绍了一种三维物体表面形状的测量方法。传统的投影栅线(或云纹)法与相移法结合被用于三维表面形状的测量。由投影仪投影一束空间周期性分布的光学条纹至物体曲表面时,在物体表面可见到被其曲表面调制了的变形的光学条纹,它由计算机连接的高分辨率的CCD摄像机记录,在投影仪内的光栅由计算机控制移动数个位置,得到相应的光条纹分布的图像,这些图像的光强经过运算后可以得到一个相位图,当它与参考平面上的规则相位图相减时,则可以得到物体表面形状。