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大口径平面光学元件面形检测中激光光斑质心定位

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红外与激光工程 2014年第6期43卷 1704-1709页

作者：巫玲李佳斌陈念年熊召刘长春范勇西南科技大学计算机科学与技术学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

如何快速准确计算透镜焦面上的光斑质心坐标是大口径平面光学元件面形检测系统的核心问题之一,直接决定面形检测的精度和重复性。定义一个半径为r的探测窗口,根据到中心距离建立一维卷积模板,在光斑覆盖区域中寻找窗口内能量和局部最大... 详细信息

如何快速准确计算透镜焦面上的光斑质心坐标是大口径平面光学元件面形检测系统的核心问题之一,直接决定面形检测的精度和重复性。定义一个半径为r的探测窗口,根据到中心距离建立一维卷积模板,在光斑覆盖区域中寻找窗口内能量和局部最大的位置,确定光斑有效区域;再使用传统重心法计算有效区域质心;最后应用3σ准则进行误差处理。实验结果表明,该算法检测精度为0.1像素,各指标比传统阈值加权质心定位法提高约1倍,面形测量的面形相似性和PV比阈值加权法更贴近干涉仪检测结果。目前,通过长时间的实验验证与改进,已成功运用于实际项目中。

关键词：光斑质心定位面形检测局部能量和重心法 3σ准则

用于液晶盒表面面形检测的短相干载频干涉方法

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液晶与显示 2020年第2期35卷 108-114页

作者：杨光陈磊胡晨辉张正宇朱文华南京理工大学先进发射协同创新中心江苏南京210094 南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

液晶盒表面面形的质量会影响空间光调制器的性能。为了精确测量液晶盒表面面形,提出了短相干载频干涉方法。利用短相干扩展光源进行照明,产生的参考光和测试光之间形成定域干涉,通过控制参考面和液晶盒表面之间的倾角,引入合适的载频,... 详细信息

液晶盒表面面形的质量会影响空间光调制器的性能。为了精确测量液晶盒表面面形,提出了短相干载频干涉方法。利用短相干扩展光源进行照明,产生的参考光和测试光之间形成定域干涉,通过控制参考面和液晶盒表面之间的倾角,引入合适的载频,得到待测载频干涉条纹;同时空液晶盒空气层上下表面干涉,形成背景干扰条纹,从而在CCD相机中采集到混叠有一组干扰条纹的单幅载频干涉图。通过空间傅里叶变换方法滤除背景和干扰条纹的频率信息,提取并恢复待测条纹包含的面形数据。实验检测了两块玻璃基片错位粘合制成的液晶盒表面面形,解算出波面峰谷值PV为8.286λ,波面均方根值RMS为1.782λ。使用该方法和ZYGO干涉仪进行的对比实验中PV值和RMS值分别相差0.023λ和0.004λ,两种测量方法得到的结果一致。该方法能够克服多表面干涉的问题,实现液晶盒表面面形的精确测量。

关键词：液晶盒短相干光傅里叶变换面形检测

基于最小二乘迭代的随机移相面形检测技术研究

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激光与光电子学进展 2015年第5期52卷 98-103页

作者：李东姜宏振刘勇刘旭中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

在移相干涉中,由于系统或者环境的原因会产生移相误差,进而导致面形检测产生误差。介绍了最小二乘迭代随机移相算法的基本原理,通过模拟仿真,高精度地迭代出原始面形。针对随机移相可能引起迭代得到的面形与真实面形相反的现象,理论上... 详细信息

在移相干涉中,由于系统或者环境的原因会产生移相误差,进而导致面形检测产生误差。介绍了最小二乘迭代随机移相算法的基本原理,通过模拟仿真,高精度地迭代出原始面形。针对随机移相可能引起迭代得到的面形与真实面形相反的现象,理论上分析了其产生的原因。提出在最小二乘迭代随机移相算法中,需要已知移相方向才能准确迭代出真实面形,通过实验进一步证实结论的正确性。给出了干涉仪移相方向标定的可行方法。

关键词：测量面形检测干涉法最小二乘迭代随机移相移相方向

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大口径光学组件面形检测系统研究

测控技术 2010年第3期29卷 13-17,22页

作者：陈念年范勇张劲峰杨程张隽楠程晓峰徐旭刘楠西南科技大学计算机科学与技术学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

利用角差法原理设计了一种集高精度测角仪与五棱镜于一体的面形检测系统,实现了大口径平面镜不同姿态下的面形测试。系统主要由光学系统、三维运动平台、图像处理系统和面形数据绘制与管理等组成,突破常规"以大测大"的高成本检测方法。... 详细信息

利用角差法原理设计了一种集高精度测角仪与五棱镜于一体的面形检测系统,实现了大口径平面镜不同姿态下的面形测试。系统主要由光学系统、三维运动平台、图像处理系统和面形数据绘制与管理等组成,突破常规"以大测大"的高成本检测方法。实验结果表明,水平方向上的均方根误差(RMS)为0.03μm,垂直方向上的RMS为0.07μm,全面形的RMS为0.06μm,能满足检测需要。

关键词：面形检测角差法五棱镜

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大型双曲面次镜面形检测技术现状及发展趋势

中国光学与应用光学 2010年第4期3卷 310-317页

作者：侯溪伍凡中国科学院光电技术研究所四川成都610209

随着以双曲面为次镜的两镜光学系统在天文和空间光学等领域的应用日趋广泛,双曲面次镜的口径和相对口径越来越大,由此对双曲面次镜的面形检测技术提出了很高的要求。本文基于国外有代表性的双曲面次镜参数分析了其基本特征和发展趋势,... 详细信息

随着以双曲面为次镜的两镜光学系统在天文和空间光学等领域的应用日趋广泛,双曲面次镜的口径和相对口径越来越大,由此对双曲面次镜的面形检测技术提出了很高的要求。本文基于国外有代表性的双曲面次镜参数分析了其基本特征和发展趋势,重点介绍了国外大型双曲面次镜的面形检测技术,并对其中的关键技术进行了分析。同时,概述了国内双曲面次镜检测技术现状。最后,总结和展望了大型双曲面次镜面形检测技术发展趋势。提出今后一段时间内,高均匀性的光学透射材料,高精度、大口径的辅助元件以及基于子孔径拼接的检测方法和数据处理方法是该领域的研究重点。

关键词：面形检测双曲面次镜光学检验

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塔式太阳能聚热发电定日镜面形检测方法研究

塔式太阳能聚热发电定日镜面形检测方法研究

作者：王涛西安理工大学

学位级别：硕士

定日镜是塔式太阳能热发电中一个很重要的部件,它是将太阳能辐射聚集到吸热塔上的能量聚集装置,定日镜的面形会决定它反射太阳光的位置,所以对定日镜面形的检测非常重要。现有的方法对于塔式定日镜检测存在各种各样的问题,因而,迫切需... 详细信息

定日镜是塔式太阳能热发电中一个很重要的部件,它是将太阳能辐射聚集到吸热塔上的能量聚集装置,定日镜的面形会决定它反射太阳光的位置,所以对定日镜面形的检测非常重要。现有的方法对于塔式定日镜检测存在各种各样的问题,因而,迫切需要一种方法,可以更快,更高效的检测定日镜面形。本文针对大型定日镜(100平方米左右)检测困难的问题,通过分析条纹反射法的一些局限性,并对其进行改进,提出一种用图像处理技术来进行面形检测的方法,力图实现定日镜安装后的现场镜面检测。方案重新设计了检测装置的结构,将标定板放于被测镜正前方,并将标定板中心与被测镜面中心对齐,相机放在标定板的中心,标定板上的标定图案采用环形圈,通过拍摄标定板在定日镜中所成像,根据像的形变来求出镜面面形。采用维视MV—3000UV工业相机进行原始图像采集,在上位机中利用相关图像算法对图像进行灰度化、二值化、形态学处理、连通域标记等图像预处理,求出图像中标记点距离图像中心的物理距离,根据推导出的成像公式重新计算镜面的空间坐标点,并且对计算结果进行迭代,不断优化结果,最后通过仿真来验证整个方法的可行性。本文在理论验证完成后,通过结合项目的实际环境,在户外有太阳光等干扰情况下,将标定图案用LED灯代替环形圈,提高了抗干扰能力,并且用LED灯可以晚上检测,提高镜场效率。

关键词：定日镜面形检测成像图像处理

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基于机器视觉的平行度及光学面形检测

基于机器视觉的平行度及光学面形检测

作者：梅启升福建师范大学

学位级别：硕士

近年来,随着工业化的脚步逐渐加快,光学仪器的使用变得更加广泛、频繁,提升光学元件的面形检测技术变得尤为重要。光学元件是光学系统的重要组成单元,在传统的检测工艺中,面形检测方案一般基于人工接触测量的方式对光学零件进行检测,需... 详细信息

近年来,随着工业化的脚步逐渐加快,光学仪器的使用变得更加广泛、频繁,提升光学元件的面形检测技术变得尤为重要。光学元件是光学系统的重要组成单元,在传统的检测工艺中,面形检测方案一般基于人工接触测量的方式对光学零件进行检测,需要用待测的光学零件与样本零件进行接触式比较才能进行测量、比对,因此,传统的面形检测方案容易对光学零件的面形、光洁度造成一定程度的损伤。伴随着时代进步,在硬件方面,由于光学仪器快速发展与进步,目前激光干涉仪用于检测光学元件面形逐渐取代了传统的检测方法。激光干涉仪(以基于泰曼干涉系统为例)能对微小位移进行高精度测量:光电自准直仪逐渐取代了传统的平行度检测方法,能够基于光电检测技术对光学元件的平行度进行测量。在软件方面,由于图像处理技术与机器时觉技术的快速发展,光学图像的特征信息能够通过软件算法、机器视觉进行筛选、提取,根据激光干涉图像、自准直图像对光学元件面形进行分析计算。本论文根据上述的研究方向进行了一系列的研究工作:1、根据双分划板自准直仪的平行度检测图像特征,首先对图像进行消除噪声,并建立相应的模型提取出分划板图像的位置信息、计算出玻璃平板两个表面的反射像中心间距,其中软件算法可以提取出第二分划板刻度线部分,接着建立简单模型对可能产生的鬼像进行消除,最后根据第一分划板的影像间距分析是否满足平行度检测条件。2、分析泰曼干涉仪拍摄的干涉条纹图像的面形特征信息,主要包括两个基本特征:干涉条纹骨架、干涉条纹级次。首先对激光干涉条纹图像进行双边滤波处理,降低图像处理的难度,结合差分阈值法进行二值化。然后筛选出面形特征信息,随后优化二值化图像中的信息,降低软件后续处理的难度。3、将二值化的干涉条纹图像采用骨架提取算法处理,初步提取后的骨架能够包含干涉条纹的所有有效信息(如相位、位置)。然后对干涉条纹骨架进行去除毛刺与修补断点,最后根据干涉条纹骨架进行级次标定。4、对本论文进行优缺点的分析以及对课题的研究进行总结以及展望。软件算法部分基于Microsoft Visual Studio2007和Matlab 2014b平台下开发和实现的,并基于课题组的实验数据进行处理,达到预期的标准。

关键词：特征提取图像处理机器视觉面形检测平行度

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基于视觉测量的碟式聚光器面形检测

中国测试 2018年第6期44卷 17-21页

作者：彭黎彭佑多颜健程自然刘永祥湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201

为保证太阳能热发电系统的发电效率,聚光器镜面必须符合设计精度要求,该文采用单目视觉测量的方法对碟式聚光器镜面进行实际测量。搭建相应的实验测量系统,通过CCD相机采集多幅多位置的镜面和靶标图像,利用Matlab软件进行相机标定、立... 详细信息

为保证太阳能热发电系统的发电效率,聚光器镜面必须符合设计精度要求,该文采用单目视觉测量的方法对碟式聚光器镜面进行实际测量。搭建相应的实验测量系统,通过CCD相机采集多幅多位置的镜面和靶标图像,利用Matlab软件进行相机标定、立体匹配以及一系列图像处理,获得镜面各标志点的三维空间坐标值。运用最小二乘法对三维散点数据进行拟合得到800 mm×800 mm碟式聚光器镜面模型。通过聚光器镜面相邻点坐标的差值估计得镜到面整体斜率误差为0.005 56 rad,最大斜率误差位于镜面边缘为0.027 26 rad。结果表明基于视觉测量的碟式聚光器面形检测系统能快速有效地检测镜面面形。

关键词：碟式聚光器面形检测视觉测量斜率误差

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基于相位偏折术的掠入射镜面形检测

基于相位偏折术的掠入射镜面形检测

作者：陈超苏州大学

学位级别：硕士

掠入射型光学系统广泛应用于软X射线谱段的集能与成像,掠入射镜的面形精度对于保证像斑的能量集中度尤为关键。论文介绍了掠入射X射线光学系统的发展现状,针对掠入射镜的面形检测问题,开展了相位偏折技术研究。论文对相位偏折术的测量... 详细信息

掠入射型光学系统广泛应用于软X射线谱段的集能与成像,掠入射镜的面形精度对于保证像斑的能量集中度尤为关键。论文介绍了掠入射X射线光学系统的发展现状,针对掠入射镜的面形检测问题,开展了相位偏折技术研究。论文对相位偏折术的测量原理与技术构成、参数模型与标定方法、主要误差来源与影响因素等进行了系统分析,并在构建掠入射镜面形检测系统的基础上,对一些技术环节进行了改进与创新。论文采用二值条纹扫描与相位赋值相结合的方式实现了高对比度的相移条纹图像的生成与采集,避免了正弦条纹灰度值的非线性传递,有效提高了离散余弦变换进行相位解算的准确度。基于LM算法优化重投影误差进行系统标定参数的微调校正,提高了系统标定的精度。改进了 Lagrange多项式重构法,使之适用于非均匀网格模型。提出了一种补偿策略,增强算法对于低采样密度区域内含有中高频信息的面形的重构能力,并进一步与迭代方法相结合,建立了基于非均匀网格模型的迭代模型。论文在Zemax软件中设计了相位偏折术检测掠入射镜面形的测量光路,制定了外参标定校正策略,对给定结构参数的掠入射镜进行了面形检测仿真,掠入射镜面形重构精度为7.96e-03 μm。仿真结果验证了相位偏折术检测掠入射镜面形的可行性,论文提出的算法适用于超抛物面掠入射镜环形内表面面形的检测,能够提高掠入射镜面形以及面形中所含有中高频信息的重构精度。论文根据仿真模型搭建了相位偏折术检测掠入射镜面形的实验装置,完成了系统参数的标定,初步进行了掠入射镜的面形检测实验,最终重构面形相对设计值的偏差的PV值为9.7943μm。测量结果误差除包含实际面形与设计值的偏差,还与LCD显示屏标定、相位信息的获取以及算法自身的局限性有关,对此论文给出了改进建议。

关键词：掠入射镜相位偏折术非均匀网格面形检测