同心环形光栅莫尔条纹的机理

本文着重论述同心环形衍射光栅的莫尔条纹产生机理,用几何和付里叶分析方法讨论产生的条纹图形,求出相应于同心环形衍射光栅在各种条件下所描述的莫尔条纹的方程式,并对其进行了仔细的定量分析。     

视差自由立体显示中莫尔条纹消除的研究进展

视差自由立体显示中视差生成元件参数的不合理设定会导致影响三维图像的莫尔条纹产生。因此,莫尔条纹消除是视差自由立体显示中的关键问题之一。本文简单介绍了3种视差自由立体显示原理。综述了视差自由立体显示中的避免莫尔条纹产生和莫尔条纹最小化2种莫尔条纹消除技术,着重介绍了莫尔条纹最小化技术,包括工程实验、莫尔条纹图像仿真、余弦光栅叠加模型近似分析和序数方程方法和傅里叶分析方法的一致性分析等技术。其中后2种技术给出了视差自由立体显示中莫尔条纹最小化的详细理论分析和解释,并为其他视差自由立体显示技术提供了设计依据。     

由正弦结构图产生的莫尔条纹各影响因素分析

莫尔技术以其特有的优点在光电三维面型测量中占有举足轻重的地位。正确理解各种影响因素对莫尔条纹的影响。对莫尔技术的正确应用有着重要的指导意义。分析了由正弦结构形成莫尔信息的几种方式,详细地研究了影响此种莫尔信息的几种因素－频率、相位、幅值、背景光强、结构间夹角等。得出了一些有意义的结论,给出了正确应用莫尔信息的一般原则。     

基于CCD的莫尔条纹图像频域处理研究

面阵CCD采集双光栅干涉产生的莫尔条纹二维图像,进行扭转角测量.采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别在频域进行快速傅立叶变换,对比分析频域图像,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息.分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中噪声,获得莫尔条纹有效信息.实验结果表明,莫尔条纹的频域处理远高于空域处理的精度,使扭转角测量精度达到1.2″.     

双光栅莫尔条纹的傅里叶分析

采用了傅里叶频谱的分析方法，对双光栅产生的莫尔条纹进行了分析，导出了不同光强分布对应的莫尔条纺方程。     

两种在频域编译RS码的方法

本文讨论了利用快速付里叶变换编译RS码的技术,并在此基础上提出了两种在频域编译RS码的方法。采用这两种方法,只要进行一次付里叶变换即可译码,因而大大加快了译码速度,并减少了设备费用。     

基于模板匹配的莫尔条纹倾角计算

提出了一种基于模板匹配的亚像素处理方法,可以精确计算出在大口径长焦距测量过程中出现的莫尔条纹的角度。基于泰伯效应和莫尔条纹干涉的长焦距测量方法是一种高精度的焦距测量方法。理论分析表明:这种测量方法的精度很大程度上依赖于莫尔条纹角度的精度。之前是通过迭代算法在亚像素域中寻找莫尔条纹频谱的最大值点来计算莫尔条纹的角度。然而实验过程中得到的莫尔条纹往往会出现不同程度的弯曲和畸形,这会大大影响这种方法的测量精度。从改进测算角度算法这个角度出发,针对傅里叶变换后的频谱图,基于模板匹配的思想,对各种莫尔条纹进行二维正态分布拟合,找出频谱点精确坐标,从而精确测量莫尔条纹角度。理论分析和软件仿真表明:这种方法具有高精度、高稳定等优点,能有效提高长焦距的测量精度。     

莫尔条纹倾角快速求解算法及应用

为了满足基于泰伯-莫尔条纹长焦距测量技术在测量激光材料热效应等效热焦距时对测量速度的需求，提出了一种莫尔条纹倾角快速求解算法。在对传统频域迭代法测量速度影响因素分析基础上，基于迭代运算坐标值相似性和离散傅里叶变换可分离性，将频谱值求解过程中包含小数值的坐标点进行公共项分离, 公共部分采用傅里叶变换指数项进行滤波，不同部分在提取相似项的基础上进行组合运算，将2维条纹图像傅里叶变换降为1维进行处理；同时相关指数项被限定在极小的可知范围，极大地方便了查表运算和位运算的采用。结果表明，采用相同配置计算机，在保证测量精度的前提下，将完成一次测量的测量时间从15s降低到0.4s，测量速度提高了38倍。该算法很好地满足了激光材料热效应等效热焦距参量快速测量的应用需求。     

基于莫尔条纹的三维物体相关识别

提出了一种新的基于莫尔条纹的三维物体识方法。用阴影莫尔法的装置,采用频域滤波的方法,得到物体的莫尔条纹。用受到物体表面高度调制的莫尔条纹图作为输入图像,用光学匹配空间滤波的概念来实现相关识别方法,根据输出的相关峰值大小即可判别不同的物体。因为物体的莫尔条纹是物体的等高线,体现三维物体特征的高度函数以莫尔等高线的形式编码于莫尔条纹中,因此基于莫尔条纹的相关识别具有本征三维识别的特点。计算机模拟试验结果证明了这种方法用于三维物体识别的可能性。     

基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

使用莫尔层析方法测量温度场。设计了一种旋转莫尔偏折仪,该装置可以获取180°范围内的莫尔条纹图。采用傅里叶变换相位展开技术处理莫尔条纹,提取轴向任意截面的投影信息,使用一种新的莫尔层析迭代算法重建温度分布,该迭代算法与已有的代数重建算法不同,它由莫尔偏折基本公式和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行迭代,可以直接实现对非完全投影数据的层析重建。实验中使用8个方向的莫尔条纹图对双峰结构温度场进行重建,得到了截面的温度分布,峰值的重建误差低于5%。测量结果证明这是一种准确、适用性广的层析重建方法。     

主动三维视觉传感技术的研究

主动三维视觉传感技术主要有飞行时间法、点结构光扫描法、线结构光扫描法和编码面结构光法、莫尔法、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等.介绍了上述各种技术的基本原理和优缺点.提出了一种新的技术,即单幅二维图像不标定自适应三维场景重构技术,给出了它的原理并讨论了其特点.     

双频虚拟光栅投影三维测量技术

莫尔三维测量中的傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率进行测量,存在着由于待测物体高度变化率过大引起的相位解调困难问题。为解决该问题提出了利用双频虚拟光栅投影的三维测量方法。通过双色光干涉同时形成双频虚拟光栅,将双色干涉条纹投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形彩色干涉条纹。变形的彩色干涉条纹经过光学接收系统成像在彩色CCD探测器上。彩色CCD探测器所接收到的是双色光通道复合的变形虚拟光栅图。通过色度学方法对同一幅彩色变形虚拟光栅图的不同色光通道进行分离,并对分离后的双频虚拟光栅调制图进行综合。既兼顾了效率,又有效地解决了被测物体高度变化率过大引起相位解调困难的问题。     

Very high frequency radiowave scattering by a disturbed sea surface Part I: Scattering from a slightly disturbed boundary

This paper considers the scattering of very high frequency (VHF) electromagnetic waves from a random weakly corrugated surface by the perturbation method. The calculations show that the scattering has a resonant nature, i.e., only certain Fourier components of the surface shape are responsible for scattering in every given direction. Experiments carried out in a water basin confirmed the results of the calculations. The backscattered intensity is proportional to the spectral density of those Fourier components of the surface oscillation that have a resonant space period. In these experiments, resonant maxima of the reflected signal corresponding to the second-order approximation of the perturbation method were also observed. The frequency spectrum of the scattered electromagnetic field is also investigated. It is shown that the spectrum of the scattered radiation is shifted from the incident frequency by a certain value related to the phase velocity of the resonantly scattering Fourier component of the surface shape. The experimentally observed dependence of the scattered intensity on frequency and the theoretically predicted one are very much alike.     

一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法

提出了一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法。首先设计四步相移正弦光栅条纹图,由DLP投影仪投影到待测物体表面,再由CCD相机采集受物体形貌调制的变形条纹图;然后对其中一幅变形条纹图进行傅里叶变换以确定抽样间隔,再对4幅相移条纹图用相移法求得条纹背景和调制幅度后,对每幅变形条纹图做归一化处理;对每幅相移条纹图在空间域进行下采样抽样和灰度插值,构建相移莫尔条纹图,得到多帧时空域相移条纹图;对多帧时空域相移条纹图按时空二维相移法处理求得莫尔相位,再将莫尔相位与抽样点相位叠加求和得到变形条纹图对应的相位数据;最后,以面膜作为样品进行了实验测量,结果表明,经典四步相移法重构的物体形貌出现明显失真,而本文方法能较好恢复物体的三维形貌。     

利用莫尔条纹的计算机图象测量长焦距透镜焦距

莫尔条纹(Moire fringes)是两组线簇重叠在一起，在其交点位置处形成的条纹。由于莫尔条纹反映了两组线簇的空间频率之差(即拍频)，因此它具有放大作用，故可用来测量一些诸如角度、位相等微小变化量。本实验是利用两块空间频率相同的黑白光栅产生的莫尔条纹来测量长焦距透镜的焦距。先从理论上推导出在平行光场中，置于两块栅线呈一夹角的光栅之间某位置处的透镜产生的莫尔条纹为一组平行的直线系，它的斜率与透镜焦距之间定量关系。然后在实验中用CCD接收莫尔条纹的像，由计算机图象的斜率计算出待测透镜的焦距。     

光电位移信号新型细分方法及系统设计

为提高光电轴角编码器的分辨力,提出一种新型莫尔条纹信号细分方法并建立基于FPGA的光电位移信号倍频系统.根据理想莫尔条纹光电信号的数学模型,利用多倍角正余弦信号的函数性质,将原始莫尔条纹信号推导为n倍频的高阶信号;由幅值细分理论,离线建立基于高阶正余弦信号的高分辨力幅值细分查找表;根据增量式、绝对式光电编码器的不同功能,分别阐述了应用该幅值细分查找表实现编码器高分辨力的倍频技术;同时又指出本文细分方法应用的约束条件.最后,以直径为40mm,分辨率为2500P/R的欧姆龙E6B2-CWZ6C增量式光电编码器为实验对象,在转速范围200~3000rpm的同步电机驱动下,编码器输出波形频率范围约为8.3kHz~125kHz,在基于频率为10kHz的模拟输入信号下,采用本文细分方案设置四倍频设计实验,该系统可以快速将频率增加到原来频率的4倍;同时,基于4倍频原理设计了128倍频实验,并进行实验验证,同样得到该系统可以快速增加到输入频率的128倍.该设计方法及系统与传统细分方法相比较,具有开发周期短、集成度高、模块化、速率快等特点.     

Full-field wafer level thin film stress measurement by phase-stepping shadow Moire/spl acute/

A wafer topography measurement system has been designed and demonstrated based on shadow Moire/spl acute/. Three-step phase-stepping and phase unwarping techniques are also incorporated to enhance the system resolution. Wafer curvatures or bows can be achieved by analyzing the Moire/spl acute/ fringe patterns and film stress can be obtained subsequently by transforming this wafer curvature using a conversion equation such as Stoney's formula. Wafer bow of plasma enhanced chemical vapor deposition nitride and oxide coated wafers are measured by this shadow Moire/spl acute/ system and are subsequently verified by the KLA-Tencor FLX 2320 system. The discrepancy between both bow measurements is within 2/spl mu/m, regardless of the magnitude of the measurement. Therefore, this system is especially suitable for stress characterization of thicker, stiffer, or highly stressed films. In comparison with the traditional laser scanning method, wafer curvature obtained by shadow Moire/spl acute/ is based on full-field information and it would have a better accuracy. By integrating this system with a more accurate wafer curvature to film stress conversion formula, this system should also provide a better film stress characterization.     

光电轴角编码器莫尔条纹误差信号补偿

为保证光电轴角编码器在恶劣工作环境下的细分精度,提出一种基于Hilbert-Huang变换的误差补偿方法。针对编码器系统受正弦振动引起的测角故障,提出一种莫尔条纹误差信号的数学模型;采用经验模态分解算法,获取误差信号的本征模态函数,分别对本征模态函数进行希尔伯特变换解调分析,提取包含干扰特征的莫尔条纹信号;同时,基于光电轴角编码器的精码信号方波信息,获取精码信号的基波时域频率;提取与基波时域频率匹配的本征模态函数包络分量。以24位光电轴角编码器为实验对象,实验结果表明:编码器莫尔条纹信号动态细分误差峰值由约200降低到1.54左右,细分精度明显提高。     

莫尔层析术的模型误差分析及实验研究

分析了经典莫尔层析法的误差模型,通过讨论误差产生的机理,研究了目前使用的重建算法的适用范围。用莫尔偏折仪层析重建的实验结果与真实温度值比对,验证了误差模型的正确性。提出存在问题的本质及解决问题的方案——用相位展开法恢复有折射率场变形的波面,提取波面变形量,作为投影数据,重建相应层面的折射率场。