Ronchi法检验光学非球面面形图像处理研究

论文摘要

由于非球面镜在性能上大大优于球面镜,近年来得到了广泛的应用,但非球面的加工和检验要比球面镜困难得多。本文主要以非球面镜的加工表面为研究对象,提出了一种新的Ronchi图像处理方法。本方法根据Ronchi检验法的几何原理,利用最小二乘法和Zernike多项式进行波面重构。首先采用光线追迹或三级像差理论设计Ronchi光栅,然后将CCD摄像系统采集的Ronchi图进行数据拟合,最后根据拟合结果进行波面重构。主要包括以下内容:1.分析了各种非球面镜加工和检测方法及其优缺点,阐明了非球面加工及检测的现状和研究意义。2.介绍了Ronchi检验法的原理和Zernike多项式的拟合方法,分析了它们的拟合优缺点,并根据本文研究的需要,最终选择了Householder变换进行拟合。3.介绍了根据Ronchi光栅设计和Ronchi检验法进行波面重构的原理。4.根据前面介绍的内容进行Ronchi光栅设计和Ronchi图波面重构的仿真。5.所编制软件实现了波面重构和Ronchi光栅设计等主要功能,给出了程序的流程图。6.基于Matlab编制了图像处理软件并且进行了VC和matlab混编程序的探索。研究工作结果表明:基于Ronchi法的几何原理,利用CCD摄像系统检测非球面Ronchi图进行图像处理是可行的。检测与图像处理结果和Zygo干涉仪检测结果相符合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非球面及其检测基本方法
• 1.2.1 非球面定义
• 1.2.2 光学非球面基本检测方法
• 1.3 本文的选题和工作
• 1.3.1 选题
• 1.3.2 本文的组织和主要工作
• 2 Ronchi检验原理
• 2.1 Ronchi检验的几何原理
• 2.2 Ronchi检验的物理原理
• 2.3 Ronchi 检验几何原理与物理原理的关系
• 2.4 本章小结
• 3 Zernike 多项式拟合的理论基础
• 3.1 Zernike 多项式简介
• 3.2 Zernike 多项式拟合算法的选择
• 3.3 Zernike 多项式拟合应注意的问题
• 3.4 本章小结
• 4 Ronchi检验法波面重构
• 4.1 Ronchi检验法波面重构
• 4.2 用Zernike多项式重构波面
• 4.3 本章小结
• 5 Ronchi 检验法重构波面的计算机仿真
• 5.1 matlab软件简介
• 5.2 Ronchi光栅设计
• 5.2.1 光线追迹原理
• 5.2.2 三级像差理论算法
• 5.2.3 计算机绘图
• 5.3 波面重构仿真
• 5.4 CCD采集Ronchi图波面重构仿真
• 5.5 编程流程图
• 5.6 编制软件简介
• 5.7 本章小结
• 6 实验Ronchi图的处理
• 6.1 实验系统
• 6.2 实验图像处理
• 6.3 图像处理与Zygo干涉仪结果分析
• 6.4 本章小结
• 7 基于VC和Matlab的Ronchi图的处理软件
• 8 总结及展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1: 攻读学位期间发表的论文目录
• 附录2: 基于Matlab的Ronchi检验法光栅程序源代码（部分）
• 附录3: 基于Matlab的Ronchi检验法的图像处理程序源代码（部分）
• 附录4: 基于VC和Matlab混编的Ronchi检验法的图像处理程序源代码（部分）