位相测量轮廓术的仿真研究：系统结构参数的影响

在一个结构光三维传感器的计算机仿真系统上，研究了由观察光场重建三维面形的过程，以及系统主要结构参对位相测量轮廓术的影响，提出了根据对标准平面的测量结果对参数进行修正的方法，为实际系统的结构调整和参数校正提供了一种新的途径。     

全混洗变换的光学实现方法

在有关文献对全混洗讨论的基础上,补充、完善了左逆混洗、右混洗和右逆混洗的研究。针对目前已经采用的实现左混洗变换方法的不足,提出了利用微光学衍射元件(微闪耀光栅阵列)实现全混洗变换的方法。通过对微闪耀光栅阵列周期参数的确定,可以控制信号光在空间闪耀输出的方向和闪耀角的大小。利用反应性离子刻蚀技术制得了1×8的微闪耀光栅阵列,成功地实现左混洗变换,该方法同样可以实现左逆混洗、右混洗和右逆混洗变换。实验结果表明,与其它实现方式相比,该方法具有器件尺寸小、衍射效率高(理论上衍射效率可达到95％左右)、光路简便易行、易微型化和集成化等特点,能够用于多级互连构建全混洗光互连网络。     

一种新的与偏振无关的双向2×2光开关的设计

设计了一种由偏振光分束器（PBS）、位相型空间光调制器（PSLM）、反射镜、半波片（HWP）和1/4波片（QWP）构成的2×2光开关。该光开关所用器件少,具有结构紧凑规整、功能的实现与信号光的偏振态无关以及可以完成双向交换等特点。进而通过2×2光开关的级连,设计了一种与偏振无关的4×4光开关的实验模块。     

基于复Morlet小波的相位分析

针对基于结构照明的三维面形测量中的位相展开问题,提出了基于复Morlet小波分析的直接从条纹中提取自然相位的算法,并对其进行了理论分析、计算机模拟和实验,研究证明了可行性.该方法从一幅条纹图像中不需要进行相位展开就能够得到准确的相位分布方法,并且避免了传统相位方法所必须的复杂相位展开过程.当待测物体变化率比较大的时候,用传统傅里叶方法恢复得到的误差是-3～3 rad,而采用本文方法得到的误差是-2.5～0.5 rad,且对于顶部平坦部分基本没什么误差.对比分析表明,本文方法的精度要高于传统傅里叶方法.     

一种新的二元条码设计与绝对式光电位置编码方法

提出一种新的二元条码设计方法,可用于绝对式光电位置编码.传统的光电编码器主要基于莫尔光栅条纹技术,把位移量变为电脉冲,结构简单,但由于增量式相对测量方式,从而使得光电编码器的应用受到了限制.本文提出的二元条码设计方法,在单码道上设计了包含三种频率信息的光栅,采用二元脉冲编码调制和误差扩散的方法形成二元条码标尺.在光电位置编码器中,标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD上.对CCD获取的该段条码信息进行傅里叶变换,滤波和逆傅里叶变换,得到三种频率光栅的相位信息,采用小数重合法得到该段条码的绝对相位分布,从而得到绝对位置信息.新的方法保留了单码道光栅莫尔技术结构简单的优点,同时又能像多码道光栅编码器一样实现绝对位置测量.文中给出了编码方法的详细描述,条码信息处理方法,计算机仿真实验结果,最后给出了绝对式光电位置测量的实验结果.本文提出的方法在绝对式光电位置编码器和数字水准仪等领域具有一定的应用前景.     

采用时间相位展开的高度坐标校准方法

在相位测量轮廓术中,需要建立空间相位分布和高度坐标之间的映射关系,这一过程又称为系统校准。本文提出了一种基于时间相位展开的高度坐标校准方法。对于模块校准过程中虚拟平面的连续相位分布的恢复以及它们之间准确相对位置的恢复问题,采用了负指数序列的时间相位展开。该方法具有过程简单的特点,对平面校准的标准偏差为0.20mm。实验结果证明了该校准方法的有效性和可行性。     

高精度的数字光投影傅里叶变换轮廓术

傅里叶变换轮廓术(FTP)采用数字光投影仪(DLP),可以得到各种结构光场,提高了测量的灵活性。由于DLP伽马非线性的存在,变形条纹中会出现高次谐波,可能导致频谱混叠,带来测量误差。因此利用一种基于条纹图强度统计分析的方法,求出DLP的伽马值并反馈给DLP,使其投影出有良好正弦性的结构条纹,能抑制变形条纹中高次谐波的出现,保证FTP的测量精度。将采用和不采用伽马校正的两种情况作对比实验,证明前者测量结果优于后者。     

基于非相干成像的透明物体波前测量方法

提出一种新的波前测量方法 ,这种方法采用了非相干成像和相移技术 ,通过相移可精确测量位相物体引起的成像光线偏折 ,然后计算波前分布。测量中 ,利用PC机显卡的双屏功能 ,其中一个显示由计算机产生的正弦灰度调制光栅图样 ,CCD记录下经过待测物体后的变形条纹图样 ,根据相移技术可以完成对透明物体波前的测量。在这一技术中 ,由于调制光栅图样是由PC产生 ,因此光栅的周期和方向可以灵活设置 ,并可以实现精确的相移。计算机模拟和实验验证了这一技术的可行性。与传统的波前干涉计量相比较 ,这种方法具有结构简单、成本低、灵活性高等优点。     

改进的离散FIP轮廓术的讨论

FIP测量中，计算机处理的是离散信息，但我们以前讨论的基于离散傅里叶变换的FIP分析方法中，将离散过程理想化为梳状函数的点抽样，未考虑CCD像元的尺寸对FIP的测量精度的影响。但实际上，CCD的像元是具有一定的尺寸，本文从空城卷积的角度讨论CCD像元的尺寸对FIP测量的影响，给出了理论分析和实验验证，使FIP中对抽样过程的讨论更符合实际测量。     

基于相移和非相干成像的反射镜面形测量方法

提出一种新的反射镜面形测量方法。这种方法采用非相干成像和相移技术，CCD摄像机经待测反射镜和相同位置处参考平面镜分别对由计算机产生的正弦光栅进行成像，通过相移技术得到各自的相位分布，从而计算出正弦光栅的相位变化。推导了相位变化与待测反射镜面形梯度的对应关系，提出分别对反射镜进行水平和垂直2个方向光栅相位测量，通过计算可得到梯度分布，由此重建待测反射镜面形。测量中，光栅由计算机产生，可以实现精确的相移，而且可以方便地调节光栅的周期以及方向。计算机模拟和实验表明这一技术的可行性。与传统的干涉计量相比较，这种方法具有结构简单、成本低和灵活性高等优点，特别适用于非球面反射镜和波前变化范围较大的反射镜面形测量。