透镜中心偏测量技术研究

论文摘要

透镜作为组成光学系统最基本的光学元件,透镜中心的定位精度直接影响整个光学系统成像质量,因此透镜中心偏测量技术的研究具有重要意义。透镜中心偏测量是透镜加工中不可缺少的环节,通过测量所得中心偏大小对透镜进行实时加工,是提高透镜成像质量的重要方法。在光学系统中,只有保证共轴性,才能保证系统的成像质量。因此,透镜中心偏检测技术的研究成为提高光学系统精度的基本要求之本文基于透镜中心偏测量的理论知识,利用Matlab软件进行分析,并搭建了实验平台。主要完成的工作如下首先,通过查阅国内外资料,系统论述透镜中心偏测量方法,对比干涉法、反射法、透射法及刀口阴影法的优缺点,选择基于偏振光的等厚干涉原理进行中心偏测量。分析偏振光等厚干涉原理,编写软件直观表现干涉环效果与光源的波长及空气层厚度的关系。其次,根据中心偏测量的原理,设计基本测试系统,包括光学系统、图像采集和处理系统。分析整个系统要求及特点,选择合适的光学元件和采集系统,获得高质量的干涉图。第三,研究干涉图像的处理算法,建立基于Matlab开发环境的数字图像采集、处理软件,采集干涉图像并进行处理。主要完成图像的输入、增强、二值化、细化、拟合圆心及计算中心偏等过程,并根据测量结果分析算法的精度及误差的来源,进一步提出改进系统,提高精度的方法。由于外界环境的影响,以及双干涉环本身的复杂程度,对干涉环的处理成为提高精度的关键部分之最后,搭建实验平台,对待测透镜进行检测,获得干涉图。针对实验效果图,分析实验中存在的一系列误差因素,为今后改进测试系统提供了条件。通过本课题的研究,完成了透镜中心偏测量的理论研究和实验分析。结果表明该方法可以用于透镜中心偏的测量,算法部分对光照不均匀、对比度低的劣质图像效果比较明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 透镜中心偏检测概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题意义及主要研究内容
• 2 中心偏测量方法的研究及系统方案设计
• 2.1 中心偏的概念
• 2.2 中心偏检测方法的基本原理
• 2.2.1 反射法
• 2.2.2 透射法
• 2.2.3 刀口阴影法
• 2.2.4 干涉法
• 2.3 测量系统设计
• 2.3.1 中心偏测量原理
• 2.3.2 测量系统光路
• 2.3.3 干涉条纹对比度的调节
• 2.3.4 系统结构
• 2.4 本章小结
• 3 测量系统光学部分设计
• 3.1 光源
• 3.2 光学零件的选型
• 3.2.1 偏振片
• 3.2.2 波片
• 3.2.3 偏振分光棱镜
• 3.2.4 平面镜
• 3.3 干涉条纹仿真
• 3.4 本章小结
• 4 图像采集与软件处理
• 4.1 图像采集系统
• 4.1.1 相机
• 4.1.2 图像的传输
• 4.2 图像处理算法分析
• 4.2.1 干涉图特点
• 4.2.2 图像增强
• 4.2.3 图像二值化
• 4.2.4 图像细化
• 4.2.5 图像修复
• 4.2.6 条纹拟合
• 4.3 软件概述
• 4.4 测量系统软件设计
• 4.4.1 软件流程
• 4.4.2 功能实现
• 4.5 本章小结
• 5 实验与误差分析
• 5.1 实验分析
• 5.1.1 共轴调节
• 5.1.2 相机标定
• 5.2 误差分析
• 5.2.1 实验结果分析
• 5.2.2 系统误差
• 5.2.3 环境误差
• 5.2.4 安装误差
• 5.2.5 软件误差
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢