专利汇可以提供基于形貌相关计算的三维位移测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种基于形貌相关计算的三维位移测量方法,使用超连续宽带激光经扫描振镜对待测目标逐点扫描成像,对比移动前后待测物体三维形貌信息,先在移动前的图像中选取合适的中心点以及邻域作为相关运算区域,然后在移动后的图像中扫描式选取中心点以及同样大小的邻域并作相关运算,最终找出相关系数最大的点,即为移动后的 位置 ,两点坐标分别相减即可得到x-y平面内的相对位移,两点的数值相减即为z向的位移。本 发明 对待测物体不需要作任何的要求与处理,一次测量通过计算即可实现对物体三维位移测量,该方法具有操作简单、 精度 较高、对待测目标要求低和应用范围较广的特点。,下面是基于形貌相关计算的三维位移测量方法专利的具体信息内容。
1.一种基于形貌相关计算的三维位移测量方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
①搭建测量光路:该光路由干涉部分和光谱系统(17)组成;
所述的干涉部分包括超连续宽带激光光源(1)、宽带光隔离器(2)、分光器(3)、第一偏振控制系统(4)、第二偏振控制系统(5)、第一准直系统(6)、宽带反射镜(7)、第二准直系统(8)、二维扫描振镜(9)和聚焦系统(10);其位置如下:
所述的超连续宽带激光光源(1)出射激光通过宽带光隔离器(2)、分光器(3)的端口a进入所述分光器(3),分为参考光与探测光,参考光从所述分光器(3)的端口b输出,经第一偏振控制系统(4)控制偏振,经第一准直系统(6)准直,再由宽带反射镜(7)反射,经所述第一准直系统(6)、第一偏振控制系统(4),由端口b进入所述分光器(3),从端口a和端口d分别输出,从端口a输出光由所述宽带光隔离器(2)隔离;所述的探测光从所述分光器(3)的端口c输出,经第二偏振控制系统(5)控制偏振,经第二准直系统(8)准直,然后经过二维扫描振镜(9)与聚焦系统(10)对待测物体进行逐点二维扫描,被待测物体反射后依次经过所述的聚焦系统(10)、二维扫描振镜(9)、第二准直系统(8)、第二偏振控制系统(5)由分光器(3)的端口c进入所述分光器(3),从端口a、端口d分别输出,从端口a输出光有所述宽带光隔离器(2)隔离,返回的探测光与参考光都汇聚到端口d发生干涉;
所述的光谱系统(17)包括第三准直系统(11)、色散元件(12)、聚焦系统(13)、条纹相机(14)和计算机(15),其位置如下:
由干涉部分从d端口出射的干涉光直接入射到第三准直系统(11)中准直,然后在色散元件(12)后发生色散,再由聚焦系统(13)聚焦至条纹相机(14),该条纹相机(14)输出的数据传输至计算机(15)显示并被记录;
②对所述光谱系统(17)进行标定,标定的目的是找出条纹相机中等k分布的插值点;标定所需光路包括超连续宽带激光光源(1)、宽带分光棱镜(18)、第一宽带反射镜(19)和第二宽带反射镜(20),标定方法如下:
所述的超连续宽带激光光源(1)出射激光,在自由空间中被宽带分光棱镜(18)分为反射光束和透射光束,所述的反射光束经所述的第一宽带反射镜(19),反射经所述的宽带分光棱镜(18)进入所述光谱系统(17);所述的透射光束经经所述的第二宽带反射镜(20)反射返回经过所述宽带分光棱镜(18)入射到所述光谱系统(17),两束光在所述光谱系统(17)中发生干涉,干涉信号被条纹相机(14)记录并传输至计算机(15),干涉条纹的光强分布记为数组I1,设条纹相机的像素点数为M,则I1为具有M个数值的数组,精确移动所述第二宽带反射镜(20)的距离z0,记录此时的干涉条纹的光强分布为数组I2;
使用计算机(15)提取数组I1第一个点与最后一点的相位分别为 令
将区间 分为n个点,即: n通常但不限于为条纹相机
的像素点数M的整数倍,其中 i=2,3…n,此n个点即为条纹相
机标定所需的插值点,此后的所有数据处理中全部使用此n点作为采样点进行采样处理;
③计算所述光路的纵向分辨率与横向分辨率:
计算纵向分辨率时,用所述n点对所述数组I1进行采样,得到新数组[I11、I12…I1n],对该数组进行傅里叶变换,得到具有三个峰值的曲线,右边峰值的位置为Z1,同样地对数组I2进行处理,得到数组I2的傅里叶变换后右边峰值的位置Z2,则该系统的z向分辨率,即纵向分辨率为:
所述光路的横向分辨率由所述的二维扫描振镜(9)和聚焦系统(10)共同决定,假设所述的二维扫描振镜(9)每次偏转的最小角度为Δθ,所述聚焦系统(10)的焦距为f,则横向分辨率为:
dx=dy=f·sinΔθ,
所述的dx、dy与dz相互独立,互不影响;
④采集计算所需数据:将所述装置放置到待测元件附近,使待测元件位于所述聚焦系统(10)的焦点处±2mm范围内,进行第一次扫描,假设所述二维扫描振镜(9)的最大偏转角为θ,则整个扫描过程需扫描N*N次,N=2θ/Δθ,扫描第i行第j列时,所述的光谱系统(17)接收探测光与参考光的干涉条纹,并将其光强分布记录为数组Iij,扫描完成时,得到第一N*N的矩阵,记为矩阵A1,所述矩阵A1的矩阵元为上述数组Iij;
待测元件被移动后,进行第二次扫描,得到第二N*N的矩阵,记为矩阵A2;
⑤计算待测元件的位移:对所述矩阵A1、矩阵A2进行处理,以A1为例,因为A1中每一个矩阵元Iij为干涉条纹的光强分布,表示为波数k的函数:
其中,I1、I2分别为参考光与探测光的光强,k(λ)为光源的波数分布,ΔLij为探测光与参考光的光程差;
对上式作逆傅里叶变换,由于有效部分仅为cos(2·k(λ)·ΔLij),因此,我们仅关心对此部分进行处理:
此变换是为了得到每个点的深度信息,即光程差ΔL的作用结果是将峰值移动了Δl/c,由此可得ΔL;
根据上述理论,用步骤②标定得到的n个插值点分别对Iij采样得到数组[Iij1、Iij2…Iijn],其中i=1,2,…N,j=1,2,…N,对该数组作逆傅里叶变换,并取其右边峰值位置为Zij,并存入矩阵B1的对应位置,即B1ij=Zij,由此可得到N*N的矩阵B1,其矩阵元数值为待测元件各扫描点返回的探测光与参考光的相对光程差,即为待测元件的形貌信息;
对所述矩阵A2作同样的处理,得到矩阵B2;
选取矩阵B1中待测元件中心点P1(x1,y1)以及其邻域作为形貌相关运算区域,邻域大小为(2m+1)*(2m+1)个矩阵元数,即以P1为中心,m个矩阵元数为长度选取邻域,m在2至100之间,记该区域为矩阵C1;
分别令x=m+1、m+2、…、N-m,y=m+1、m+2、…、N-m,在所述矩阵B2中选取点P2(x,y),并以P2为中心截取与所述矩阵C1同样大小的矩阵C2,所述矩阵C1与矩阵C2按下列公式作相关运算求其相关系数:
其中, 分别为所述矩阵C1和矩阵C2所有矩阵元数值的平均值,得到相关系数矩阵C;从所述相关系数矩阵C中找出元素的最大值,设相关系数最大时的中心点为P2(x2,y2),则该点就是所述的待测元件中心点P1(x1,y1)移动后的位置,因此有:
ΔX=x2-x1
ΔY=y2-y1
ΔZ=B2(x2,y2)-B1(x1,y1)
由此得待测元件的位移为:
Δx=ΔX·dx
Δy=ΔY·dy
Δz=ΔZ·dz。
标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
---|---|---|
一种应用深度采样进行光场重构的方法及系统 | 2020-05-08 | 894 |
一种基于视觉信息的环境语义感知方法 | 2020-05-08 | 818 |
一种圆柱玻璃表面质量视觉检测系统与方法 | 2020-05-11 | 191 |
位姿确定方法及装置、增强现实设备和可读存储介质 | 2020-05-08 | 1043 |
一种铁路货车人力制动机轴链脱落故障图像识别方法 | 2020-05-11 | 25 |
一种基于YOLOv3的机器人自主分类抓取方法 | 2020-05-08 | 840 |
一种室外无人机的自主定位方法 | 2020-05-11 | 975 |
一种成捆棒材端面的标牌焊接定位方法 | 2020-05-08 | 655 |
基于深度学习的无监督端到端的驾驶环境感知方法 | 2020-05-08 | 508 |
一种抗遮挡目标跟踪方法 | 2020-05-08 | 106 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。