数字云纹.ppt

基于液晶显示投影技术的数字影栅云纹相移实现方法 SQ1001804A004 李扬 * * 影栅云纹是一种有效的三维形貌测量方法 ,它除了可以用来测量物体曲面的几何形状外 ,还可以测量平面结构的离面位移 ,其缺点是测量精度较低 ,用单纯的影栅云纹法即便在最好的光学系统配置情况下测量精度也只有 1～100μm左右 ,在影栅云纹测试方法中引进相移技术是提高测量精度的主要手段。另外由于存在判别条纹级次和凹凸问题 ,自动化处理程度低。 目前影栅云纹技术中实现相移的方法主要有两种。一是采用计算机将数字化的条纹图(相当于试件栅)进行二值化后再与计算机生成的二值参考栅进行逻辑运算得到 “逻辑云纹” 。由于参考栅是用计算机生成的,所以这种方法可以通过 “移动” 参考栅而精确地实现相位移,不需要相移器件。但这种方法主要用于已获得的固定的条纹图,用于实时测量有一定的困难;再者对于条纹灰度分布不均的条纹图进行二值化处理,一方面损失了很多信息,另一方面二值量化后的条纹不一定是光顺的,导致了这种方法不适合于处理低空间频率(较稀疏)的条纹图。二是在测试的光路系统中引入相移。实现这种相移方法必须在实验光路中增加能控制参考栅或试件精确移动的机电系统或设备,每次使用不同栅频的参考栅时须重新计算和标定移动量才能实现相移。 本文介绍一种基于液晶显示投影技术实现数字影栅云纹测量的准确数字相移,由计算机产生相移条纹图经液晶显示投影仪投影,再通过计算机采集系统直接进行算术运算实现数字相移和数字云纹,与通过逻辑运算得到的云纹相比,该方法获得的数字云纹的信息量更丰富,因此解调出的相位更准确。该方法的优点是投影栅线实时可调,不需要相移器件和任何实物光栅,结合高速图像采集系统,能够在动态测量时引入相移,提高测量精度。 将一基准栅的栅线投影或反射到试件表面,由基准栅和试件表面上基准栅线的影子干涉便形成影栅云纹条纹图。对于图1所示影栅云纹光路布置中,点光源S发出的某条光线经过放在xy平面处(垂直于纸平面的水平面)的基准栅上点x1至物体表面上N点反射后再次经过基准栅上点x2后被放在O点的照相机接收。 假设基准栅是栅距p、光强透过率为正弦的条形栅,这时成像平面上接收的强度为： 经过滤波后云纹条纹可表示为： 　 数字影栅云纹的形成是由图像采集设备采集待测物体表面栅线图与参考平面的投影栅线图通过计算机实时相减而形成的。首先利用计算机产生四幅等步相移正弦条纹图样 ,然后利用液晶显示投影仪将上述条纹图依次投影到放在图1中xy平面处的参考平面上(xy平面处不再放置基准栅) ,由图像采集系统采集投影在参考平面上的投影栅线并保存在系统的缓存中,此时条纹灰度可表示为： 移去参考平面再将第一幅正弦条纹图直接投在待测物体表面上,采集物体表面上的变形栅线其灰度分布为： 尽管在一般情况下参考面与待测面的反射率不尽相同,为方便推导,不妨认为R(x,y)≈O(x,y)=A(x,y) 式中第一项为空间频率为4π/p的载波条纹,最后一项为云纹条纹。 经过滤波处理后的条纹可表示为： δ0=0°,δ1=90°,δ2=180°,δ3=270° 实验分析 被测量的试件由有机玻璃制成的厚3.0mm、宽49.6mm及长278.0mm的悬臂梁 由计算机产生四幅等步相移正弦条纹图(一个条纹周期2π内每次相移π/2共3 次得到4幅条纹图) 、栅距由软件控制,最小为4pixel/ fringe。图1所示实验结构尺寸为: h1=h2=1220mm , d=640mm,β=0,自由端加载点处产生的挠度w= 43. 0mm。由于实验中自由状态下的悬臂梁表面就可以看作参考平面 ,所以实验中无需准备参考平面。 具体实验过程如下 ,先由液晶显示投影仪将计算机生成的第一幅条纹图(6 pixel/ fringe)投影到加载后的试件表面,采集变形条纹图并存于计算机的缓存中 ,再由液晶显示投影仪将四幅等步相移条纹图依次投影到卸载后的试件表面 ,采集投影的四幅等步相移条纹图并与存放在缓存中的变形条纹图在计算机中依次进行直接实时相减 ,得到四幅数字相移云纹条纹图。 图6为经过低通数字平滑滤波处理后的相移云纹条纹图。 图7为经过去包裹后的全场相位分布图 谢谢！ *