机器视觉在激光干涉测量d31 中的应用 - 物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 18 (2013) 184207 机器视觉在激光干涉测量d31 中的应用* † 来志 郭亮 李小珍 党文佳 ( 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071 ) ( 2013年4月17 日收到; 2013年6月16 日收到修改稿) 提出一种应用机器视觉技术的激光干涉法, 可以研究压电材料的逆压电系数. 在传统干涉测量法中引入机器视 觉实现干涉图像灰度最佳估计, 使用数字图像处理技术, 一方面应用降噪算法有效去除激光干涉图样中的噪声, 从 而确定激光干涉场的光强分布, 另一方面将干涉图样的明暗变化进一步转化为可量度的灰度变化以提高测量分辨 力. 通过合理设计算法, 该方法中对位移的理论测量分辨力可以提高达一个数量级, 为干涉光波长的1/1024, 因此在 逆压电系数d31 的实验测量中可以有效提高分辨力. 关键词: 机器视觉, 逆压电系数, 双光束干涉, 数字图像处理 PACS: 42.62.Eh, 42.25.Hz, 42.30.Tz, 42.62.−b DOI: 10.7498/aps.62.184207 的测量分辨力. 1 引言 机器视觉技术是一种新的极具潜力的高分辨 测量技术, 它综合运用了光电成像技术、数字图像 压电陶瓷在电场作用下会发生形变. 近年来, 56 处理技术 和软件技术等. 测量中引入机器视觉 随着技术的发展, 以钛酸钡、锆钛酸铅等多晶压电 技术, 结合合理算法, 可以准确快速地获得物体的 材料为核心制成的压电陶瓷微位移器相继问世, 应 . 三维尺度 目前的机器视觉测量系统通常采用数字 1 用越来越广泛 . 这种微位移器非常适合于微小位 式照相机拍摄测量图像, 结合相应的图像处理算法 移的控制和精细加工等, 因此被广泛应用在激光器 提取测量对象的特征值, 在此基础上实现高分辨力 腔长调节等小尺寸的操控领域. 压电材料的逆压电 测量. 系数23 决定了压制的微位移器所具有的位移输 引入机器视觉的激光双光束干涉测量法, 可以 出能力, 因此逆压电系数例如d31 等的实际测量在 替代相对粗糙的条纹计数, 利用数字图像处理技术, 科学研究中有重要的作用. 当前, 使用激光双光束 获得激光干涉图样的灰度值, 定量描述激光干涉场 干涉法可以实现逆压电系数如d31 的测量. 该方法 的亮度分布, 在256 灰度等级的图样处理后理论上 的核心是对微位移器在电场作用下的形变量进行 可以将位移测量分辨力提高两个数量级. 在实验中, 测量, 即将微位移转化为相干激光的光程差变化, 通过合理设计图像处理算法, 能够实现干涉图样中 即产生干涉条纹的明暗变化, 通过对条纹明暗变化 条纹灰度的最佳估值, 提高对微位移的测量分辨力, 4 的计数实现形变测量 . 然后通过位移量与驱动电 从而提高对压电材料逆压电系数的测量分辨力. 压的比值获得逆压电系数. 由于对于干涉条纹的明暗变化计数一次只能 2 测量原理 反映两干涉臂的光程差