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数字图像处理技术在长焦距测量系统中的应用研究

作　者: 陈好
导　师: 何勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 长焦距测量 光栅 Moire条纹 傅里叶变换 亚像素
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 29次
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内容摘要


长焦距光学元件及光学系统广泛应用在高功率激光核聚变,光学天线和天文望远镜等系统中,目前对其焦距的测量是光学测量技术中的研究热点之一。基于Talbot-Moire条纹技术测量长焦距以其测量精度高、光路简洁及对环境要求低等优点成为解决长焦距测量问题的重要途径之一。本文分析了基于Talbot-Moire条纹技术测量长焦距的基本理论,确定了待测长焦距与测量系统的光栅夹角、光栅间距和Moire条纹的倾角等参数的关系,得到了长焦距计算公式,并提出了基于空载状态下Moire条纹的测量公式优化方法。按优化后公式对焦距进行计算,这样不仅可解决Moire条纹倾角测量基准线的确定问题,而且有效地减小了准直波前畸变、光栅制造误差对焦距测量结果的影响。基于Moire条纹的模拟分析设计了光栅夹角、光栅间距、光栅周期等系统参数,并构建了测量系统模型,模拟结果表明设计结果满足焦距测量要求。通过对传统基于快速傅里叶变换求解Moire条纹倾角求解算法和亚像素定位技术的分析,提出了基于频域亚像素法的Moire条纹倾角求解算法,此算法理论上测量精确度优于2",也优于Moire条纹倾角的最小灵敏度14.4"/m,并通过模拟验证了算法的测量精度和适用性。构建了实验装置,并利用VS2008编写了系统测量软件,实验结果表明当待测焦距为59.38m时系统测量精确度可达到0.41%,且具有良好的稳定性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
图表目录  7-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外发展现状及趋势  10-14
    1.2.1 焦距测量的常用方法  10-12
    1.2.2 数字图像处理技术的应用  12-14
  1.3 论文的主要研究内容  14-16
2 长焦距测量理论  16-29
  2.1 长焦距测量系统  16-17
  2.2 TALBOT效应  17-21
    2.2.1 单色球面波入射Ronchi光栅的Talbot效应  17-19
    2.2.2 单色平面波入射Ronchi光栅的Talbot效应  19-20
    2.2.3 Talbot效应成像极限距离分析  20-21
  2.3 Moiré条纹  21-23
    2.3.1 遮光阴影原理解释  21-22
    2.3.2 频域原理解释  22-23
  2.4 长焦距测量原理  23-24
  2.5 长焦距测量公式优化  24-28
    2.5.1 公式优化理论分析  24-25
    2.5.2 公式优化前后的对比分析  25-28
  2.6 本章小结  28-29
3 基于Moiré条纹模拟的系统参数设计  29-36
  3.1 Moiré条纹模拟仿真模型的建立  29-31
  3.2 系统参数设计  31-34
    3.2.1 光栅夹角  31-32
    3.2.2 光栅间距  32-33
    3.2.3 光栅周期  33-34
  3.3 系统模拟测量结果分析  34-35
  3.4 本章小结  35-36
4 Moiré-条纹倾角求解算法研究  36-52
  4.1 基于傅里叶变换的Moiré条纹夹角求解算法  36-39
    4.1.1 傅里叶变换的定义  36-37
    4.1.2 图像频谱条纹倾角关系  37
    4.1.3 常规求解算法测量精度分析  37-39
  4.2 基于频域亚像素的Moiré条纹倾角求解算法  39-46
    4.2.1 亚像素定位技术  39-42
    4.2.2 算法理论分析  42-43
    4.2.3 算法精度分析  43-46
  4.3 算法仿真模拟  46-51
    4.3.1 算法仿真模型的建立  46-47
    4.3.2 算法仿真结果  47-51
  4.4 本章小结  51-52
5 实验与分析  52-57
  5.1 测量系统  52-54
    5.1.1 测量系统硬件部分  52
    5.1.2 测量系统软件部分  52-53
    5.1.3 系统测量步骤  53-54
  5.2 实验结果分析  54-56
    5.2.1 测量系统精度度验证  54-56
    5.2.2 系统稳定性验证  56
  5.3 本章小结  56-57
6 总结与展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
附录  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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