单屏相位测量偏折术中的透明层折射误差补偿

相位测量偏折术（PMD）面形检测中常使用液晶显示屏（LCD）作为投影设备。由于LCD的多层透明结构会对条纹投影光路产生折射而导致投影条纹位置偏离,继而影响最终检测精度,因此需要对这种误差进行点对点的校正。本文将LCD的多层透明结构简化建模为一个整体的等效透明层,建立相应的PMD模型进行透明层的误差分析和补偿。将补偿算法应用到PMD中测量标准平面镜及球面镜,与未进行补偿的情况相比,测量面形均方根误差（RMS）均减少了20%～40%。该补偿方法能显著减小单屏PMD中由LCD透明层折射效应带来的误差,补偿后的面形RMS有显著减小,检测结果更接近于实际面形误差。     

基于相位测量偏折术的反射表面缺陷检测

针对机器视觉难以对反射表面进行缺陷检测等问题,本文提出一种基于相位测量偏折术的缺陷检测方法。该方法以LCD屏幕作为结构光源,格雷码图案结合相移图案作为结构光,通过LCD屏幕投射到被测表面,使用单目相机捕捉结构光的反射图案。首先对相机捕捉的图案逐个像素进行解码,获得包裹相位和条纹级数;然后进行相位展开并消除误差,生成绝对相位图像;再使用Canny算子对图像进行边缘检测,将投影区域与非投影区域分割;最后在投影区域内使用Canny算子检测出缺陷的边缘,实现表面缺陷的检测与定位。实验结果表明：在环境亮度较低且恒定的条件下,相位测量偏折术可高效检测出反射表面上具有形变特征的缺陷,精度为0.1mm,基本满足对反射表面上多种缺陷进行高精度、高效率、低成本检测的要求。     

相位测量偏折术中基于多频相移法的寄生反射抑制法

相位测量偏折术(phase measuring deflectometry,PMD) 是一种针对镜面和类镜面物体的光学三维面形测量技术。但在测量透明物体时,后表面反射光将与前表面反射光混合,从而造成条纹图案混叠,进而引入测量误差。为解决这一问题,本文提出了一种基于多频相移法的后表面反射抑制方法。通过分析相位误差与条纹频率之间的关系,并借助调制度曲线和构造的辅助函数,找到一个特殊的频率,理论上该频率下展开的连续相位等于前表面的相位。又由于透镜的复杂性,利用时间相位展开算法逐频展开的连续相位存在级次计算错误,为此提出了改进算法实现级次校正,进而得到该频率下的屏幕坐标,最终完成前表面面形的准确重建。透明镜片的实测结果表明,所提方法能从混叠条纹中顺利解调出前表面相位。     

条纹投影与相位偏折测量技术研究进展

条纹投影和相位偏折测量术可用于精确地测量待测物面形,在全场光学三维轮廓测量领域具有较好的发展前景。首先,介绍了条纹投影和相位偏折测量技术的基本原理,重点是这两种技术中的相位提取技术、摄像机定标技术等关键技术。其次,对条纹投影和相位偏折测量术这两种测量方法的异同点做了对比。最后,介绍了条纹投影和相位偏折测量技术在提升测量精度和速度方面的发展。为了提升测量精度,主要有校正条纹Gamma效应、提升相位提取精度、摄像机标定精度和相位-高度/梯度标定精度等途径;为了提升测量速度,主要有提升相位提取速度、相位解包裹速度等方法。     

基于相位测量偏折术的成像透镜轴外点波像差测量

提出了一种测量成像透镜轴外点波像差的方法。基于逆哈特曼原理建立了逆光线追迹模型,通过标定的系统参数,测量了透镜轴外视场点的波像差。通过模拟和实验,对该方法进行了验证,并对实验误差进行了分析。实验测量了有效孔径为60 mm的平凸透镜在不同视场下的波像差,将实验结果和模拟结果进行了对比分析,并且分析了轴外点初级像散和初级彗差随视场和入瞳孔径的变化规律。该方法具有测量动态范围大、测量系统结构简单、实验设备成本低廉、测量环境易实现等优点,并且无需复杂的相机标定过程,为透镜的轴外点波像差测量提供了一个可行方案。     

基于透射偏折术的透镜结构参数测量

本文提出了一种利用透射偏折术测量球面透镜结构参数的方法。该方法以本文推导的附加姿态参量的球面表达式构建透镜表面模型,同时结合系统标定数据在计算机中建立理想的光线追迹模型,最后利用非线性最优化算法计算得到透镜结构参数。在实验过程中,透镜出射光线的偏折量是两表面的累加和,难以确定单面的影响,因此采用双相机从不同位置观测待测透镜。文中详细介绍了测量原理以及算法,数值模拟结果验证了本方法的正确性。最后将双凸透镜结构参数的测量结果与标称值进行对比,对比结果进一步证明了所提方法的可行性。本方法具有测量参数齐全、无需精细装调过程、装置简单等优点,为透镜全参数同时测量提供了实现途径。     

基于相位信息的三维视觉测量技术研究

随着三维视觉技术广泛应用于类镜面测量,对其精度的要求也日益严苛.基于相位信息的三维视觉测量技术,向被测物表面投影条纹光,然后获取经被测物表面调制后的图像,解调出待测物的相位信息,进而重建物体三维信息.通过论述相位测量轮廓术(PMP)和相位测量偏折术(PMD)的原理和检测流程,分析出该检测系统的误差来源.重点论述了4种P...     

基于主动条纹偏折术的透明相位物体波前测量方法

采用主动条纹偏折和相移技术提出一种新的相位物体波前测量方法。在已标定的摄像机系统中,通过相移和移动条纹显示屏可精确测量相位物体引起的成像光线偏折,从光线偏折分布中提取波前梯度分布,进而计算出待测波前分布。首先在液晶显示屏上分别显示水平和垂直两个方向的正弦灰度调制条纹图,用CCD分别记录下原始条纹图和经过待测物体后的变形条纹图,然后移动液晶显示屏,再次记录下相应的条纹图,可计算出透明相位物体引起的偏折角及其波前分布。通过对正透镜的实际测量,证明了该方法切实可行。     

基于相位偏移的条纹投影相位误差补偿方法研究

相移条纹投影技术三维成像的过程中,受设备非线性效应影响存在相位误差。针对相位误差的周期特性,引入相位偏移算法,提出一种非线性相位误差全场补偿方法。利用非线性相位误差的偏移变化,结合多个包裹相位的相位值选取特定阈值,最后使用算法遍历全场相位信息获取理想相位。实验结果显示校正后的误差点数是校正前的2.52%,证实了方法的有效性,通过与其他方法进行数据对比分析,表明所提方法修正相位误差效果有所提高。     

相位测量轮廓术中探测器非线性误差的分析

在相位测量轮廓术（PMP）中,探测器的非线性响应是导致测量误差的重要因素,本文对该误差进行了理论分析和计算机模拟,比较了各种相移算法对这一误差的抑制能力,数值模拟与理论分析的结果一致。本文可为实际应用中合理地选择算法提供理论依据。     

复合相位测量轮廓术研究

最近提出了一种只投影一幅复合光栅就可测量物体三维面形的复合相位测量轮廓术（CPMP）,其中复合光栅是由四个不同频率的载频分别调制与其方向垂直的四帧相移条纹并叠加形成的。本文对CPMP在理论及实验上进行了进一步的研究,并将之与相位测量轮廓术（PMP）进行了比较分析。结果表明对于高度连续变化的物体的动态测量,CPMP具有较大的应用前景。这对于复合相位测量轮廓术的进一步应用具有实际指导意义。     

相位测量轮廓术在三维测量中的应用

相位测量轮廓术（Phase Measurement Profilometry,PMP）,是一种面结构光测量技术,具有非接触式、精度高和速度快等优势,在三维视觉测量中有着广泛的应用。基于相位测量轮廓术的三维测量的关键技术包括:采集四幅相移图计算生成包裹相位、展开包裹相位和相位高度映射,这些关键步骤关系到三维测量的速度和精度。     

基于透射偏折术的倍频晶体-透镜系统波前像差测量

终端光学组件在惯性约束聚变装置中具有传输激光和转换频率的重要功能,其系统设计和性能直接关系到激光频率转换以及最终打靶的效果。为确保系统正常运行,需要对终端光学组件进行检测。目前,波前像差测量技术尚未被用于终端系统评估。为了实现终端光学组件系统的波前像差测量,参考了实际的终端光学系统,重点研究了由倍频晶体和聚焦透镜构成的光学系统,并提出了一种结合透射偏折术和晶体双折射追迹的方法,用于测量倍频晶体-透镜系统的波前像差。在该方法中,利用矢量折射定律推导了晶体双折射正、逆追迹过程和出射光束偏折角的计算公式,结合透射偏折术的系统测量原理,得到了入射光束经过终端光学组件后o光和e光畸变波前的重建方法。为验证所提方法的可行性,在计算机中建立了透射偏折术系统并进行了数值模拟,结果表明系统正、逆光线追迹模型计算的波前像差结果相近。实验测量得到的倍频晶体和聚焦透镜构成的光学系统的o光波前像差均方根（RMS）为128.4 nm,峰谷值（PV）为653.0 nm,e光波前像差RMS为143.5 nm,PV为697.3 nm,该结果与数值模拟结果较为一致,表明利用所提方法在线测量终端光学组件o/e光波前像差具有可行性。