基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。     

微小高度检测系统设计

高度信息是分析物体三维形貌的最重要信息。为了研究微小焊点的三维形貌,需要对焊点高度进行测量。针对传统测量技术的缺点,设计了一种检测系统。系统应用白光平行照射条纹板,将其像投影到被测物体上,受到物体高度轮廓的调制作用,形成变形的亮暗相间的条纹。该条纹图携带着焊点的三维信息,再用照相系统把变形的条纹图拍摄在CCD上,通过对CCD上像的处理,可以还原出高度信息。该方法可将条纹板的像等间距地投射到被测物体的表面上,避免了由于投影条纹宽度不同所带了的图像处理过程的误差。实现了测量范围大、重复性好、图像处理简单的优点,为微小高度的测量提供了新方法。     

电子散斑剪切干涉相移技术的研究

在散斑干涉技术中,待测量与干涉条纹图的相位信息直接相关,因此从干涉条纹图提取相位分布信息就显得尤为重要。文中对平移沃拉斯顿棱镜相移法进行理论分析,证明平移棱镜可以引入稳定、线性的附加相位,给出了棱镜移动和附加相位的关系。利用周边固定中心加载的圆盘进行实验。给出了实验结果,证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息。     

基于傅里叶变换的数字散斑照相测量

提出了基于傅里叶变换的双曝光散斑场的全场数字化测量。对双曝光散斑图进行傅里叶变换得到条纹图以灰度归一法和相位构造法将其优化,获取低噪声、高对比度的散斑干涉条纹。平面位移的测量实验结果表明,数字散斑照相技术适合计算机进行自动条纹识别和位移场计算,能得到较为精确的水平位移值,可实现变形场的精准测量。     

齿面干涉图像的相位解包裹算法对比研究

齿面干涉图像具有局部散斑、边缘杂散条纹、疏密不均和条纹粘连等噪声特征。为了寻找适用于处理齿面干涉图像噪声特征的解包裹算法,选取枝切法、相位导数偏差法的质量图引导法、最小二乘法、傅里叶变换轮廓术以及傅里叶变换的质量图引导法等 5 种算法,分析其对齿面干涉图像噪声处理的解包裹特点,通过对比分析解包裹相位图以及结果图中相位数据曲线,得出相位导数偏差的质量图引导法相比于其他算法解包裹精度高,能较好地抑制因噪声严重导致的解包裹相位突变、连续波动等问题。     

基于光栅相位法三维重构技术研究

投影光栅相位法（PMP）是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维轮廓测量技术,可实现物体表面三维轮廓的自动测量。提出了结合投影仪移轴技术的平行光轴系统,利用计算机编程生成具有高对比度和高亮度、有相差的正弦光栅,用数字投影仪LCD将这些条纹依次投射到被测物体表面,由CCD摄像机获取受物体表面面形调制的变形光栅像,根据数字相移算法计算出相位分布再通过相位展开恢复出连续相位分布,由相位．高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。针对该原理进行了阐述,并给出了详尽的算法及实验结果。通过MATLAB实验仿真,对条纹图像进行处理和轮廓重构。模拟实验证明,这种测量方法快速高效、分辨率高,且易于实现。     

基于全场条纹反射的镜面物体三维面形测量综述

随着集成电路、汽车行业、先进制造和天文学的发展,条纹反射术被广泛应用于测量镜面物体的三维形貌。条纹反射术通过反射条纹图中的相位信息计算被测镜面物体的局部斜率或深度信息来恢复物体的三维形貌。为全面了解条纹反射术研究的最新进展,本文综述了条纹反射的基本原理、反射条纹产生的方式、相位的计算方法、系统参数的标定和斜率积分获得深度数据,同时介绍了不依赖积分过程的直接条纹反射术。通过具体的应用和实例,指出了条纹反射术的优缺点。最后,指出了条纹反射术未来的研究方向。该综述文章为深入研究镜面反射物体的三维面形测量提供了有益的参考。     

散斑干涉条纹测量系统设计

为了测量散斑干涉条纹,从而计算出被测物体的微位移,提出了一种基于AT89S52芯片的解决方案。运用单片机驱动步进电机,精准控制光敏传感器的移动,利用传感器判定暗条纹中心,结合软件进行实时处理,获得再现干涉条纹间距。实验结果表明,该设计方案对散斑位移的测量精度可达0.001mm。     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

基于DLP技术的刀具刃口检测系统

硬质合金刀具刃口是影响精密加工表面质量以及表面微观几何形貌的重要因素。针对目前测量过程中出现的问题,提出利用DLP技术来测量刀具刃口的三维形貌。其原理是用计算机产生正弦投影条纹,经数字投影仪投射到物体表面,条纹经物体表面调制产生变形,用CCD摄像机将变形条纹拍摄下来。再利用计算机进行相位场提取、相位去包裹,得到绝对相位值。最后经系统标定、坐标变换可得物体表面的三维数据基于数字条纹投射的光学3D传感器,这样能够很好很快地提取刀具刃口的三维形貌。     

基于二维连续小波变换的三维轮廓测量技术比较研究

为解决在物体高度梯度变化较大的情况下三维轮廓测量技术的测量精度问题,将连续小波变换应用到三维轮廓测量技术中.开展了基于2d-paul和2d-morlet连续小波变换轮廓术研究,进行了三维轮廓测量术比较分析,建立了小波“脊”相位与高度之间的关系,提出了在物体高度梯度变化较大的情况下基于2d-paul算法优于2d-morlet算法.在对比分析的基础上对两种连续小波变换轮廓测量技术的测量精度进行了评价,进行了Matlab和实测试验.研究结果表明：物体高度梯度变化较大的情况下适合采用2d-paul算法,其能更有效地提高三维轮廓测量技术的测量精度.     

Parallax measurements on stereomicrographs of hydrated single molecules: Their accuracy and precision at high magnification

Stereoimaging of hydrated single complex macromolecules requires thin freeze-etch platinum-carbon replicas (⩽200 Å) and that the transmission electron microscope (TEM) be equipped with a tilt-rotation eucentric goniometer stage. The original parallax equation is an accurate approximation for high-magnification work, micrographs (10⁵ ×) being less than 0.3% in error. In addition, we have derived formulas for high-magnification work to measure heights, lateral distances, and the object tilt angle for an object not lying flat on the film surface. The accuracy of the height measurements is evaluated on spermidine-condensed DNA toruses. By using the maximum error equation derived from the original parallax equation, we discuss methods to improve the height measurement precision (95% fractile) to the 5–10 Å range.     

基于调制度的光学三维测量的研究

为了能够测量复杂的面形物体,在基于调制度的光学三维测量研究中,提出利用改变光栅投影系统的物距,实现光栅图像对物体的纵向扫描,从而获取所测物体表面各点调制度的极大值,恢复物体的高度信息。运用此方法便于实现三维测量仪器的小型化,减少误差,可避免在相位测量中需要去包裹的问题。     

基于数字全息技术的变形测量

全息技术在测量、防伪中有大量应用.数字全息技术采用数字记录和计算机处理,实现测量的方法上有其特点.本文重点对数字全息技术实现变形测量的方法和具体算法开展了研究.论文首先总结了数字全息技术应用中的基本问题,包括数字全息算法问题和噪声抑制问题等.叙述了基于数字全息技术的变形测量基本思想,及相位恢复算法,同时分析了几种变形测量的实现方法,并提出了"2+2"步变形测量方法.该方法相对于"1+1"步变形测量方法,提高了测量精度,同时比"4+4"步变形测量法提高了动态性.本文建立了实验系统,获得了硬币的数字全息图,实现了常用的"1+1"步变形测量方法、相移算法的变形测量方法以及"2+2"步变形测量方法,给出了"2+2"变形测量的实验结果.实验结果表明在数字全息技术中结合相移技术进行测量,可以提高物波再现精度,进而提高变形等的测量精度.     

金相显微镜上实现三维微观形貌恢复

金相显微镜是一种经典的测量分析仪器,已经实现了金相显微镜图像的数字化采集,并恢复了三维微观形貌。首先,对金相显微镜的载物台加装电机,利用电机带动载物台进行精密移动,在载物台移动过程中,对被测物体等步距拍摄序列图像。然后,根据聚焦形貌恢复的原理,采用修正的拉普拉斯算子进行聚焦程度判断,利用高斯插值方法获取聚焦程度最大值以及此时被测表面的高度信息,恢复三维形貌。最后,利用金相显微镜对粗糙度样块进行测量,获得了相符的测量结果。该方法对于扩展金相显微镜的测量范围具有积极意义。     

光电测量系统畸变的实时数字校正

根据视场角为70°的大视场光电测量系统中光学系统产生畸变的机理及径向变化的特点,设计了由11个等距激光目标点组成的畸变检测装置。对于不同的光学测量系统,按照畸变检测的三个步骤对光学系统的畸变进行检测,根据测量得到的系统畸变变化情况,拟合出实时测量时目标点在线阵CCD上成像位置的补偿方程,编写出成像位置数据采集及实时处理的补偿程序,提高了测量系统实时测量的精度。在对焦距为29.98 cm的光学系统进行实际校正测试中,结果表明,当目标物距为1 651.59 mm、物高为400.007 mm时,按照拟合的二次补偿方程进行计算补偿,可将畸变误差从校正前的-0.026 4 mm提高到校正后的-0.002 9 mm,并使系统整体检测精度从0.36%提高到0.04%。     

面向等离子熔射快速制模可视化系统的三维形状检测技术

提高金属原型等离子熔积成形的精度是使该技术走向实用化的关键之一。本文将傅立叶变换轮廓法用于等离子熔积成形过程中零件的三维形状检测，来对模型的尺寸和成形过程工艺参数进行修正和补偿，提高成形精度。文章详细论述了该方法的测量原理、零件形状与所求得的相位之间的关系，建立了三雏形状测量的系统构架，最后给出了测量结果并提出了误差来源和改进措施。     

一种光学三维测量中的相位计算及补偿方法

在基于格雷码和相移技术进行三维测量的过程中,相移光栅的非正弦性对测量精度有较大的影响。一般必须对获得的相位值进行修正以改进测量精度,常用的方法之一是物体相位传递函数,但其周期性假设使得修正结果仍然存在一定的误差。提出通过研究平面物体相位分布规律与标定相结合的方法。正确获得投影光栅在参考面的相位分布函数,降低光栅非正弦性的不利影响,消除物体相位传递函数周期性假设带来的误差,保证测量的精度和系统的健壮性。     

Evaluation of rapid volume changes of substrate-adherent cells by conventional microscopy 3D imaging

Precise measurement of rapid volume changes of substrate‐adherent cells is essential to understand many aspects of cell physiology, yet techniques to evaluate volume changes with sufficient precision and high temporal resolution are limited. Here, we describe a novel imaging method that surveys the rapid morphology modifications of living, substrate‐adherent cells based on phase‐contrast, digital video microscopy. Cells grown on a glass substrate are mounted in a custom‐designed, side‐viewing chamber and subjected to hypotonic swelling. Side‐view images of the rapidly swelling cell, and at the end of the assay, an image of the same cell viewed from a perpendicular direction through the substrate, are acquired. Based on these images, off‐line reconstruction of 3D cell morphology is performed, which precisely measures cell volume, height and surface at different points during cell volume changes. Volume evaluations are comparable to those obtained by confocal laser scanning microscopy (ΔVolume ≤ 14%), but our method has superior temporal resolution limited only by the time of single‐image acquisition, typically ～100 ms. The advantages of using standard phase‐contrast microscopy without the need for cell staining or intense illumination to monitor cell volume make this system a promising new tool to investigate the fundamentals of cell volume physiology.