一种抑制相位测量轮廓术数字化误差的方法

在采用数字光投影仪(DLP)的相位测量轮廓术(PMP)系统中,DLP投射的光栅信号实质上是对正弦模拟光栅信号的数字化,数字化过程不可避免地影响PMP的精度,本文提出一种通过连续相移多周期的相位测量来抑制数字化过程引起的误差的新方法.实验结果表明,该方法对各种相移步数的PMP均有抑制数字化误差的能力,特别在五步相移轮廓术采用三周期相移时数字化误差抑制能力最佳.     

二元编码光栅的误差扩散算法研究

为了研究二元误差扩散算法,采用计算机仿真的方法产生光栅模板用于位相测量轮廓术,分析误差扩散点数和误差分配系数对编码方法和测量精度的影响.结果表明,应用3种常见的误差分配系数用于产生正弦光场都具有较高的测量精度,三者间没有显著性差异.误差扩散点数对编码方法和相位测量精度的影响较小.实验证明,采用误差扩散编码后,系统综合误差可以控制在1%的等效波长以内,验证了二元误差扩散方法的可行性与精确性.     

新改进型三步非等步相位测量轮廓术算法

三步非等步相位测量轮廓术(PMP)算法在对采集的变形条纹图像光强的除法运算中忽视了分母为零的情况,导致在一部分区域出现截断相位与相位展开出错,致使重构三维面形的畸变与失真。为此,提出了一种改进的三步非等步PMP算法,修正了在除法运算中分母为零时的相位分布情况,避免了光强相除时导致的一部分盲点。通过计算机模拟与实验表明,新改进的算法有效地提高了测量精度,拓展了适用范围。     

一种改进的单帧变形条纹在线三维测量方法

分析了单帧相位测量轮廓术(PMP,phase measuring profilometry)中影响测量精度的因素,提出了基于改进的Stoilov等步算法的在线三维测量方法,从而避免了CCD采图过程中由于抽样、量化以及取整造成的条纹周期部分缺失对满周期等相移算法的影响。较等相移满周期算法,Stoilov等步算法具有只需相移步长相等、相移步数与相移量乘积无需2π整数倍的优点,降低了对子图相移量的要求,提高了基于单帧图像的条纹投影轮廓术用于在线检测的精度。计算机模拟和实验均验证了本文方法较等相移满周期算法精度提高了3～5倍。     

干涉条纹空间频率对数字叠栅移相干涉测量精度的影响

基于数字叠栅移相干涉原理,分析了CCD像元尺寸、随机噪声和量化误差对采样后干涉条纹和合成叠栅条纹对比度的影响,并就干涉条纹频率对叠栅移相干涉相位测量精度的影响进行了理论分析和仿真研究。结果表明,随着干涉条纹空间频率的增大,CCD的采样过程、随机噪声和量化噪声会影响叠栅条纹信号的对比度和信噪比,并通过相位解算过程直接影响数字叠栅移相干涉的相位测量精度。以相位测量精度为π/50(折合光程差精度为λ/100)作为判断标准,对应可探测干涉条纹的最大空间频率为0.45λ/pixel,为后续数字叠栅移相干涉测量范围的研究提供了定量理论依据。     

外差干涉相位测量中信号串扰误差与补偿方法研究

为了解决外差干涉相位测量中多通道采样信号间的串扰误差对相位测量精度的影响，提出了一种基于采样信号频谱分析的预补偿方法来实现信号串扰误差的补偿和消除。首先建立基于锁相放大的正交鉴相法的信号串扰误差理论模型，阐明了串扰系数、输入信号幅值比和串扰信号相位偏移对相位测量误差的影响；设计仿真实验验证了该误差模型和补偿方法的有效性；然后基于紧凑型FPGA开发平台设计了相位测量实验，结果表明该补偿方法能够有效消除信号串扰误差的影响，补偿后相位测量的最大误差从0.34°下降到0.01°；最后搭建了外差干涉仪并与高精度的压电位移平台进行比对，实验结果表明补偿后的信号处理系统能够满足外差干涉测量的应用需求。     

CCD像元尺寸对傅里叶变换法相位测量精度的影响

针对傅里叶变换分析法中的离散过程理论分析存在的不足,对CCD采样过程中影响相位测量精度的主要因素进行了详细分析和仿真研究.讨论了CCD像元尺寸在采样过程中对傅里叶变换频谱的影响,理论分析了傅里叶变换法中CCD像元的尺寸、随机噪声和量化误差对相位测量精度的影响.计算机仿真和实验结果均表明,用傅里叶变换分析法对具有不同密度的干涉图进行分析时,CCD像元尺寸对采样后输出的光强信号的调制度、信噪比和频谱展宽均有影响,像元尺寸越大,采样后条纹信号的调制度和信噪比越低,其频谱展宽越大,经相位解算后得到的相位测量误差越大.以相位测量误差的RMS值大于0.05λ作为判断基准,信号的信噪比约为20,为扩展傅里叶变换分析法的动态测量范围提供了理论基础.     

FMCW雷达相位测量误差分析及抑制方法

FMCW雷达利用回波信号的频率和相位信息测量目标的距离，相位测量精度直接影响到距离测量精度．由于频谱泄漏造成的镜像干扰，近距离处相位测量出现非线性误差．本文推导了相位误差的计算公式，与实测结果完全吻合，并介绍利用窗函数对采样信号进行加权处理抑制相位误差的方法。实际测量结果表明该方法有效地抑制了相位误差，保证了系统的距离测量精度。     

相位误差对相控阵天线影响分析与改进

为减少相位误差对相控阵天线的影响,介绍了相控阵天线数字移相器相位量化误差产生的原理,分析了相位量化误差对相控阵天线波束指向精度和天线波束性能的影响。为改善这一情况,提出采用递推比较补偿馈相法代替传统的确定性馈相法,通过对2种方法进行比较分析,证明在不改变硬件的条件下,递推比较补偿馈相法能够减少相位量化误差的影响,降低波束指向误差的极大值和均方差,提高相控阵天线的指向精度和波束性能。     

一种适合在线三维检测的改进算法

引入Stoilov算法以让传统相位测量轮廓术(PMP)应用于在线三维检测,但该算法的计算式中含有开方和除法运算,对投射数字光场,CCD摄像头的数字化非线件误差以及环境光干扰较为敏感,会出现较大的解相误差.为此,提出了一种适合在线三维检测的改进型Stoilov算法,通过像素匹配方法标定移动步距S和基于标准PMP的截断相位解相标定条纹周期长度L,再标定出楣移量△,即可修正sin△值,有效减小了原Stoilov算法公式的解相误差,提高了在线检测精度.为验证该方法的可行性和有效性,进行了实物测试实验.实验表明,在在线三维测量中,采用原始Stoilov算法重构的三维物体出现明显的失真,而采用改进的Stoilov算法重构的三维物体具有很好的保真度.     

基于查表法的非等步相移误差修正算法研究

在相移式轮廓测量（PMP）技术中，提出了一种基于查表法的相移校正算法，使传统的N步计算方法要以适用于任何相移值（非等步相移）的情况，从而降低了对相移器的精度要求。利用计算机传真技术验证了该修正算法的正确性。     

一种主动修正投影光栅提高在线三维测量精度的方法

提出一种发散照明中主动修正投影光栅周期的方法。基于Stoilov算法的相位测量轮廓术(PMP)在线三维(3D)测量技术采用发散照明时,参考平面光栅像周期发生变化,会变成不等周期分布,从而降低在线测量精度。针对这一问题提出了一种主动修正投影光栅周期的方法,利用静态PMP分析参考平面截断相位分布,采用迭代算法逐步修正投影光栅的周期,使投影到参考面的光栅像具有良好的等周期性分布;同时避免对系统参数进行测量和计算的繁杂工作。实验验证了该方法的正确性,能有效提高在线3D测量的适应度和测量精度。     

一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法

针对微机械系统和精细加工技术中现有的振动测量方法存在易受电磁干扰、动态和线性范围窄等诸多问题,本文提出了一种基于一维位置敏感器(PSD)相位检测的振动测量方法,通过激光三角法将被测物体的振动信号转换为光斑在PSD的位置变化,PSD两电极输出的电流相差信号经PSD相位法的信号处理电路转换为与光斑位置成线性关系的直流电压信号,由此确定光斑的位置变化,进而测量物体的振动,且实时信号可以通过示波器或在上位机界面中显示。本文实验测量的平均相对误差为0.89%,最大误差为1.75%,线性度优于1.2%,实现了振动的高精度、高线性度和不受电磁干扰的测量。     

移相式轮廓测量法相移误差的计算机模拟校正

在移相式轮廓测量法（PMP）中,提出了基于快速傅里叶变换（FFT）的相移校正算法。利用计算机仿真技术发现,在移相式轮廓测量法的固定步长出现定值偏差时,在测量结果频域的光栅二倍频处出现峰值。据此提出定值相移误差的频域检测方法,并通过滤波使误差得到抑制。     

基于双相关算法的相角测量研究

在相角测量的相关分析法的基础上,对相关分析法进行了改进,提出了双相关分析法。通过实验,分析算法对相角测量精度的影响。与一般相关分析算法相比,双相关算法降低了采集随机性误差,而且克服了选取参考信号时带来的相位误差,具有测量精度高、抗干扰能力强等优点,借助于通信网络,可以实现电力系统相角的实时测量。     

数字微镜器件的时空特性对相位测量轮廓术影响的实验研究

数字微镜(DIMD)投影机具有亮度高、对比大、像质好、全数字,系统体积小等特点,将它用在相位测量轮廓术(PMP)中可以实现高精度的相移提高三维测量的精度,同时可以实现系统的小型化。然而,DMD投影机采用数字光处理技术(DLP) ,它对摄像—投影系统的时间匹配要求较高。如果时间不匹配,会引入光强测量误差,导致三维测量精度降低。本文根据DMD投影原理及探测器积分情况,先分析了当测量系统时间不匹配时,光强测量误差与积分时间的关系;通过实验研究了摄像机积分时间与投影周期的匹配关系对相位测量的影响。得出了积分时间为投影周期的整数倍时,相位测量误差最小;当积分时间与投影周期为非整数倍关系时,积分时间越长,测量误差越小的结论。为优化投影参数,选择合适的相移算法及测量数据预处理算法提供了依据。     

一种提高复合光栅实时三维测量精度的方法

提出了一种采用组合滤波窗提高复合光栅实时三维测量精度的新方法,通过对复合光栅相位测量轮廓术(PMP)原理的分析,发现当从采集的变形复合光栅中解调相移变形条纹时,解调精度与滤波窗的选择有关。通过对几种常见滤波窗函数的分析和比较,设计了一种将汉宁窗和矩形窗相结合的新型滤波窗。由于组合窗的滤波精度与物体频谱分布情况(面型情况)有关,在复合光栅三维实时测量中,对频谱成分适中的Peaks函数物体进行数字模拟,得到测量该类物体所需的组合窗口优化参数分布图,用得到的理论数据指导处理频谱成分适中的实物实验,有效提高了复合光栅实时三维测量精度。数字模拟和实验均证实了该方法的有效性和适用性。     

示波器探头对测量结果的影响分析

用示波器和探头对信号进行测量,是对信号进行分析和采样的手段之一.随着被测信号频率的提高,示波器和探头构成的这个测量系统中存在的寄生参数将给被测波形引入很大的失真,如何选用合适的探头与示波器匹配,将测量误差减到最小,是必须解决的问题,只有深刻理解了这些寄生参数对测量波形的影响,在测试中才可以采用适当的防范步骤,保证最大的测量精度.