双远心光学测量镜头匹配滤波特性及应用研究

发布时间：2017-10-07 14:35

  本文关键词：双远心光学测量镜头匹配滤波特性及应用研究

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【摘要】：现代工业发展对光学影像测量的精度要求越来越高,相对传统光学系统而言,双远心光学系统有低畸变、大景深等显著特点,近年来在几何量精密测量中得到有效应用。但其在实施超精密测量时,也存在一些局限性,如为获取大的景深而限制了光学分辨率以及进行几何测量时边界检出的半功率共焦点往往会因物件的尺寸变化而产生漂移,且边界信号斜率也会因此改变,限制了高精度(微米甚至亚微米)的边界检出。对这类系统的临界状态进行细致的研究就显得十分重要,在实际工程应用中,可对残差的深度补偿提供一种途径。以一款用于超精密光学磨床系统的双远心光学镜头为基础展开上述的系列理论和实验研究。论文将以傅里叶光学理论为基础、相关的仿真软件为主要数学工具,建立实验系统进行仿真和实验研究。主要进行了以下几个方面的工作:1、通过大量的文献调研和深入学习,综述了目前远心光学系统在工业测量中的应用特点以及可能的改进途径,并深入分析了双远心(BTC)光学系统的结构。2、针对运用于超精密光学磨床系统中的BTC系统,设计了针对轮廓精密测量如直径测量的典型输入面物函数,并给出了系统输出评价标准;分析计算了该光学系统的相干传递函数、非相干传递函数、调制传递函数以及系统的截止频率。3、在确定双远心光学系统滤波器实现方式的基础上,从两个方面对提高该系统的测量性能进行了滤波器设计与仿真:针对该系统的衍射受限问题,结合致力于突破衍射极限的光学超分辨技术,将典型的圆环型振幅超分辨光瞳滤波器运用到该系统中,实现其极限分辨率的突破;其次,针对轮廓精密测量如直径测量,设计优化边界检出滤波器,研究不同的光瞳大小、不同的滤波器对不同直径测量精度的影响,并进行了仿真与实验。超分辨光瞳滤波器运用于BTC测量系统使系统的极限分辨率最大提高约4lp/mm。在针对BTC测量系统的直径测量中,确定了不同光瞳以及不同滤波器下直径测量的共焦点;给出了不同直径测量时,特定滤波孔径下其共焦点的漂移。
【关键词】：双远心光学系统 传递函数 超分辨光瞳滤波器 直径测量
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74;TN713
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-12
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 研究内容和工作安排10-12
• 第二章 用于几何量测量的光学系统12-27
• 2.1 测量光学系统12-15
• 2.1.1 常用系统构成12-13
• 2.1.2 测量对系统要求13-14
• 2.1.3 远心光学系统14-15
• 2.2 光学系统中的信息传输15-17
• 2.2.1 测量光学系统的衍射问题15-16
• 2.2.2 BTC系统中的信息传输16-17
• 2.3 双远心光学系统17-26
• 2.3.1 系统参数17-18
• 2.3.2 傅里叶光学在系统分析中的应用18-24
• 2.3.3 提高BTC系统的边界检出精度的方法24-25
• 2.3.4 提高BTC系统的临界分辨率的方法25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 BTC光学系统频谱特性与滤波27-47
• 3.1 用于光学磨床的BTC系统27-30
• 3.1.1 典型物函数构建28
• 3.1.2 系统输出特性评价28-30
• 3.2 BTC测量系统传递函数30-42
• 3.2.1 相干传递函数31-35
• 3.2.2 非相干传递函数35-38
• 3.2.3 调制传递函数38-40
• 3.2.4 系统截止频率40-42
• 3.3 匹配滤波器设计42-46
• 3.3.1 超分辨光瞳滤波器设计42-45
• 3.3.2 边界检出优化滤波器设计45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 BTC系统滤波器特性仿真与实验47-68
• 4.1 BTC系统仿真设置47-48
• 4.2 圆环型振幅超分辨光瞳滤波器48-56
• 4.2.1 二区漏光圆环型振幅超分辨率光瞳滤波器48-52
• 4.2.2 三区漏光圆环型振幅超分辨率光瞳滤波器52-56
• 4.3 典型输入物函数测试56-63
• 4.3.1 不同尺寸光瞳对输出的影响57-58
• 4.3.2 不同滤波器对输出的影响58-62
• 4.3.3 不同直径下的输出62-63
• 4.4 直径测量实验63-66
• 4.4.1 实验装置63-64
• 4.4.2 实验结果与分析64-66
• 4.5 本章小结66-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果73-74
• 致谢74-75
• 答辩委员会对论文的评定意见75

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本文编号：988403