多狭缝光电自准直仪狭缝类型与细分算法研究
Study of Type of Slits and Sub-Pixel Subdivision Algorithm of Multi-slit Photoelectric Autocollimator
自准直仪是一种精密测角仪器,利用光学自准直成像原理来实现在一定范围内测量物体的角度变化量.自准直仪广泛应用于小角度测量、高精度角度标校、导轨的平直度、精密平台的平面度、转台位置不确定度等测量领域,是机械或精密仪器制造业计量室、实验室以及光学仪器的装配、调整、检验等方面不可缺少的检测设备.自准直仪分为光学自准直仪和光电自准直仪,光电自准直仪是自准直仪和光电技术相结合的产物.目前,高分辨率、大测量范围、高精度光电自准直仪只有德国、日本、英国等少数几个国家实现了商品化,国内同类产品却较长时间在相关技术上没有新的突破,研究势在必行.该文着眼于提高光电自准直系统整体的精度及分辨率,从研究系统的工作原理、国内外相关产品及专利的结构型式出发,并对系统中的关键技术进行分析,最终选择多狭缝光电自准直仪为解决方案,并以狭缝类型研究和算法研究作为系统研究的切入点,做了相应的理论研究及验证,目前取得的进展主要有:1、对整个多狭缝光电自准直系统进行了数学描述,利用频率域分析法得出结论:2~N(N≥1)个狭缝,在一定缝间距情况下,可使系统的混迭噪声分量在一定程度上得到抑制;利用自建的MATLAB自准直仪模型对上述结论进行了验证,并给出多狭缝类型的设计方案,从硬件结构上提高整个系统的精度.2、利用原理性实验平台获得的多个转角位置对应的多狭缝图像,研究多种CCD亚像素细分算法,提出相关改进算法,并用MATLAB实现,用定量的结果比较它们应用于多狭缝光电自准直仪的适宜性.将基于梯度的微位移算法、通用的边缘检测算法、局部牛顿插值法等算法分别应用于系统中,得出结论:基于梯度的微位移算法、质心算法和通用边缘检测算法的重复性及精度较高,数据拟合算法的离散度及精度也较高,而插值算法则不具明显优势.上述结论虽经过理论分析和仿真验证,亟需在实验中或实际系统中得到进一步印证.
- 作者：
- 刘爱敏
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 高立民；吴易明
- 中图分类号：
- TP391.41
- 关键词：
- 光电自准直仪；自准直原理；频率域分析法；多狭缝类型；CCD亚像素细分算法；MATLAB编程
- Photoelectric autocollimator；Principle of auto-collimation；Frequency domain analysis；Type of multi-slit；CCD Sub-pixel subdivision algorithm；MATLAB programming