声光快速扫描光谱测试的微机控制与数据处理

本文介绍了一种以声光可调滤光器作色散元件的新型光谱仪——微机控制声光快速扫描分光光度计的设计,并详细阐述了它的设计思想和主要工作特点。     

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。     

基于一维经验模态分解的非等步在线三维面形测量

提出一种基于一维经验模态分解(EMD,empirical mode decomposition)的像素匹配方法,应用于在线三维面形测量。首先由计算机产生一固定正弦光栅条纹图,利用DLP投影仪投射到被测物体表面,物体在线运动将产生等效相移,由CCD相机采集5帧任意步长的受物体面形调制的变形条纹图。由于物体的运动使得几帧变形条纹图中的物体像素不对应,因此需要对变形条纹图进行像素匹配。通过对采集到的5帧变形条纹图进行一维EMD,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像分布,然后通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的部分作为像素匹配模板进行像素匹配,计算出相应的等效相移量。最后利用五步非等步相移算法解相,并恢复出被测物体的三维形貌。计算机仿真与实验验证了本文方法的有效性。     

基于二维经验模态分解的五步非等步在线三维检测

提出一种基于二维经验模态分解(2DEMD)的像素匹配方法,并结合五步非等步算法应用于在线三维面形测量中。将一正弦条纹投影到在线匀速运动的待测物体上,物体运动产生等效相移,在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图。采用2DEMD方法对变形条纹图进行分解,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像,通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的区域作为像素匹配模板进行像素匹配,使各帧条纹图中物点一一对应并计算出相应的等效相移量。再利用五步非等步相移算法解相可得到截断相位,采用相位展开算法得到连续相位,利用相位高度映射公式可恢复出被测物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性。     

基于高斯拟合测量CCD灵敏度均匀性

在精密度要求较高的图像测量领域中,CCD灵敏度的不均匀对测量精度有较大的影响。因此,提出了一种基于小孔衍射原理的高斯曲面拟合像面光场测量CCD灵敏度均匀性的方法。由于CCD自身的物理结构设计不均匀性、响应非线性以及暗电流等噪声因素使得光响应偏离实际值,该方法通过对CCD像面上感兴趣光场域进行高斯曲面拟合来确定零点像素的灰度响应。对所有像素测量完成之后通过归一化即可计算出CCD灵敏度均匀性。实验结果表明:对所使用的CCD47-10系列,计算其CCD灵敏度均匀性为2.14%。该测量方法基本满足设计原理简单、稳定性可靠、抗干扰能力强的要求,完成了快速、自动测量。     

采用标记拼接的相位测量轮廓术

提出一种采用标记拼接的新的光学三维传感方法。在采用结构照明的光学三维传感中,阴影及条纹错位关系到被测量物体三维面形重建的质量。在处理阴影时,传统方法是采用插值方法,在处理条纹错位时,通常采用增大条纹周期或采用几组条纹周期不同的光波进行投影,这样通常降低了测量精度。为了提高测量精度,本文提出一种在同一参考面内,采用单组相移正弦条纹进行投影,通过旋转被测物体,并对旋转前后两次重建物体在信息可靠区域内进行标记拼接,恢复物体表面完整三维信息的方法。实验证实了此方法的有效性及实用性。     

基于PSD的小型激光测头的设计

利用位置敏感探测器(PSD)频率响应高、接口电路简单、数据采集快等特点,设计了一种小型、动态激光三维测头。该测头采用激光三角法原理,利用凹凸双透镜光学系统进行激光缩束以提高测量精度,利用平面反射镜增加光程以减小体积,并对各具体参数和整体结构进行了详细的设计。该测头系统拥有体积小,精度高,反映快的优点。     

VHDL在CCD驱动电路中的应用

CCD技术被广泛用于非接触式测量,具有广阔的发展前景。介绍了CCD的结构和工作原理,对TCD 1206UD型号的CCD的工作时序做了分析。同时,介绍了CCD驱动时序的VHDL源代码。最后列出采用VHDL制作CCD工作时序的方法,基于这种方法把它用于光学三角法的激光测微头。     

任意相移最小二乘法迭代的在线三维检测

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术(PMP)在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度,同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度,提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中,任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面,采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图,其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后,采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明:在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下,该系统的测量结果稳定,均方根误差均不高于0.169 9mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件,提高了测量的灵活程度,使在线PMP更具普适性。     

PMP测量系统中正弦光栅的优化设计

提出一种基于光强传递函数(ITF)正弦光栅的优化设计方法,并应用于相位测量轮廓术(PMP)系统进行复杂三维面形测量。PMP测量系统由光栅投影和变形条纹的信息采集系统组成。由于信息采集受到DLP、CCD以及环境等诸多因素的影响,整个系统的光强传递函数是非线性的。通过对该系统的光强传递函数的测量,可以看到其函数图像整体上为非线性,而局部的连续区间是线性关系。传统正弦光栅一般采取条纹对比度最大且灰度值范围最大化的设计方法,该设计在信息采集时存在非线性,影响PMP的测量精度。如果设计的正弦光栅的峰值和谷值正好落在传递函数线性区间的上限和下限,会提高PMP的测量精度;当峰值和谷值落在线性区间而对比度较低时,则会影响测量精度。因此,灰度值落在线性区且对比度最大化时的正弦光栅正是优化的最佳目标。实验验证了该方法的有效性。