基于色域空间调制技术的彩色共聚焦三维形貌测量系统及其实验研究
发布时间：2021-12-16 09:48
本文进行了彩色共聚焦技术用于物体表面三维形貌测量的研究。详细分析了彩色共聚焦的测量原理,设计了彩色共聚焦系统的关键光学元件-色散物镜,并成功搭建了彩色共聚焦形貌测量系统,并将其用于测量和复原物体表面微观三维形貌;使用了彩色相机替代光谱仪,作为彩色共聚焦系统的数据接收装置,更有益于工业化使用;配合数字微镜器件(digital micro-mirror devices,DMD)的研究,为并行彩色共聚焦技术的研究打下基础。本文主要研究内容如下:(1)分析彩色共聚焦技术的基本原理,分析影响系统性能的主要因素。根据任务需求,设计系统关键元件-色散物镜,在合理选择硬件的基础上,搭建了一套彩色共聚焦三维形貌测量系统,该系统在4倍物镜下,测量精度达到亚微米级,测量范围达到1100μm。(2)为节约系统成本,及利于系统集成,使用彩色相机替代光谱仪,作为彩色共聚焦数据的采集装置。针对彩色相机图像颜色的轴向信息标定难题,提出了颜色转换算法,并完成了测量系统的图像处理和数据处理算法设计。(3)利用搭建的彩色共聚焦三维形貌测量系统进行实验研究。通过标定实验,验证了颜色转换算法的准确度;通过台阶高度实验,验证了该...
【文章来源】： 华侨大学福建省
【文章页数】：92 页
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 课题来源
1.2 课题研究的背景及意义
1.3 彩色共聚焦技术的国内外研究现状
1.3.1 彩色共聚焦技术的国外研究现状
1.3.2 彩色共聚焦技术的国内研究现状
1.4 课题研究思路
1.5 本文主要内容
第2章 彩色共聚焦测量理论
2.1 彩色共聚焦技术的测量原理
2.2 DMD工作原理
2.3 彩色共聚焦系统性能分析
2.3.1 复色光源
2.3.2 物镜数值孔径
2.3.3 小孔直径
2.4 色散物镜设计
2.4.1 元件色散方式
2.4.2 ZEMAX设计仿真
2.5 本章小结
第3章 彩色共聚焦系统搭建
3.1 测量系统介绍
3.2 系统硬件结构选型
3.3 系统搭建
3.4 本章小结
第4章 彩色共聚焦形貌测量系统的颜色转换算法研究
4.1 颜色转换算法的提出
4.2 颜色模型
4.2.1 工业模型
4.2.2 色度学模型
4.2.3 视觉模型
4.3 颜色转换算法选择
4.4 标定实验
4.5 本章小结
第5章 彩色共聚焦形貌测量系统实验研究与误差分析
5.1 台阶高度测量
5.1.1 台阶实验设计
5.1.2 误差分析
5.1.3 与光谱仪的对比实验
5.2 基于DMD的并行彩色共聚焦台阶测量实验
5.3 单点彩色共聚焦系统硬币表面三维形貌还原实验
5.3.1 实验方案设计
5.3.2 误差分析
5.4 并行彩色共聚焦硬币表面三维形貌还原实验
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 本文创新之处
6.3 展望
参考文献
致谢
附录A 位移台运动控制程序及图像处理程序
个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光三角测量技术的应用与前景 [J]. 南卓江,陶卫,赵辉. 自动化仪表. 2019(12)
[2]光谱共焦位移传感器镜头设计 [J]. 梁青,薛丹,伍星昱. 光学技术. 2019(06)
[3]基于单步驱动的激光共焦显微镜快速定焦方法 [J]. 於维华,王允,邱丽荣,吴寒旭,赵维谦. 光学技术. 2019(05)
[4]光谱共焦位移传感器线性色散物镜设计 [J]. 马敬,齐月静,卢增雄,苏佳妮,杨光华,齐威,张清洋,陈进新. 中国激光. 2019(07)
[5]一种用于PCB板焊锡三维形貌测量的相位解包裹方法 [J]. 徐天义,史耀群,金露,韩旭,杨鹏斌,伏燕军. 激光杂志. 2018(10)
[6]光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计 [J]. 杨锐,云宇,解滨,王安苏,刘子维,刘晨星. 强激光与粒子束. 2018(05)
[7]波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统 [J]. 杨练根,何浪,王选择,刘文超,何涛. 光学精密工程. 2015(09)
[8]线性色散设计的光谱共焦测量技术 [J]. 刘乾,王洋,杨维川,袁道成. 强激光与粒子束. 2014(05)
[9]光谱共焦显微镜的线性色散物镜设计 [J]. 刘乾,杨维川,袁道成,王洋. 光学精密工程. 2013(10)
[10]光谱共焦测量系统中的色散透镜组设计 [J]. 金博石,邓文怡,牛春晖,李晓英. 光学技术. 2012(06)
硕士论文
[1]光谱共焦位移传感器信号处理与校准研究[D]. 朱鸿.华中科技大学. 2019
[2]基于色散镜头的光学相干显微成像[D]. 张伍聪.广东工业大学. 2018
[3]连续光谱绝对位置测量方法研究[D]. 陈长春.合肥工业大学. 2018
[4]彩色共聚焦测量系统光学设计与实验研究[D]. 李煌.华侨大学. 2017
[5]白光干涉仪的可用性研究[D]. 袁丽.华中科技大学. 2013
[6]表面三维形貌测量方法研究[D]. 倪媛.山东大学. 2009
本文编号：3537925
【文章来源】： 华侨大学福建省
【文章页数】：92 页
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 课题来源
1.2 课题研究的背景及意义
1.3 彩色共聚焦技术的国内外研究现状
1.3.1 彩色共聚焦技术的国外研究现状
1.3.2 彩色共聚焦技术的国内研究现状
1.4 课题研究思路
1.5 本文主要内容
第2章 彩色共聚焦测量理论
2.1 彩色共聚焦技术的测量原理
2.2 DMD工作原理
2.3 彩色共聚焦系统性能分析
2.3.1 复色光源
2.3.2 物镜数值孔径
2.3.3 小孔直径
2.4 色散物镜设计
2.4.1 元件色散方式
2.4.2 ZEMAX设计仿真
2.5 本章小结
第3章 彩色共聚焦系统搭建
3.1 测量系统介绍
3.2 系统硬件结构选型
3.3 系统搭建
3.4 本章小结
第4章 彩色共聚焦形貌测量系统的颜色转换算法研究
4.1 颜色转换算法的提出
4.2 颜色模型
4.2.1 工业模型
4.2.2 色度学模型
4.2.3 视觉模型
4.3 颜色转换算法选择
4.4 标定实验
4.5 本章小结
第5章 彩色共聚焦形貌测量系统实验研究与误差分析
5.1 台阶高度测量
5.1.1 台阶实验设计
5.1.2 误差分析
5.1.3 与光谱仪的对比实验
5.2 基于DMD的并行彩色共聚焦台阶测量实验
5.3 单点彩色共聚焦系统硬币表面三维形貌还原实验
5.3.1 实验方案设计
5.3.2 误差分析
5.4 并行彩色共聚焦硬币表面三维形貌还原实验
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 本文创新之处
6.3 展望
参考文献
致谢
附录A 位移台运动控制程序及图像处理程序
个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光三角测量技术的应用与前景 [J]. 南卓江,陶卫,赵辉. 自动化仪表. 2019(12)
[2]光谱共焦位移传感器镜头设计 [J]. 梁青,薛丹,伍星昱. 光学技术. 2019(06)
[3]基于单步驱动的激光共焦显微镜快速定焦方法 [J]. 於维华,王允,邱丽荣,吴寒旭,赵维谦. 光学技术. 2019(05)
[4]光谱共焦位移传感器线性色散物镜设计 [J]. 马敬,齐月静,卢增雄,苏佳妮,杨光华,齐威,张清洋,陈进新. 中国激光. 2019(07)
[5]一种用于PCB板焊锡三维形貌测量的相位解包裹方法 [J]. 徐天义,史耀群,金露,韩旭,杨鹏斌,伏燕军. 激光杂志. 2018(10)
[6]光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计 [J]. 杨锐,云宇,解滨,王安苏,刘子维,刘晨星. 强激光与粒子束. 2018(05)
[7]波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统 [J]. 杨练根,何浪,王选择,刘文超,何涛. 光学精密工程. 2015(09)
[8]线性色散设计的光谱共焦测量技术 [J]. 刘乾,王洋,杨维川,袁道成. 强激光与粒子束. 2014(05)
[9]光谱共焦显微镜的线性色散物镜设计 [J]. 刘乾,杨维川,袁道成,王洋. 光学精密工程. 2013(10)
[10]光谱共焦测量系统中的色散透镜组设计 [J]. 金博石,邓文怡,牛春晖,李晓英. 光学技术. 2012(06)
硕士论文
[1]光谱共焦位移传感器信号处理与校准研究[D]. 朱鸿.华中科技大学. 2019
[2]基于色散镜头的光学相干显微成像[D]. 张伍聪.广东工业大学. 2018
[3]连续光谱绝对位置测量方法研究[D]. 陈长春.合肥工业大学. 2018
[4]彩色共聚焦测量系统光学设计与实验研究[D]. 李煌.华侨大学. 2017
[5]白光干涉仪的可用性研究[D]. 袁丽.华中科技大学. 2013
[6]表面三维形貌测量方法研究[D]. 倪媛.山东大学. 2009
本文编号：3537925
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