基于数字微镜的位相轮廓测量术的光学系统的研究

摘要

采用结构照明的光学三维传感技术，包括位相测量轮廓术(PMP)、傅立叶变换轮廓术(FTP)、调制度测量轮廓术(MMP)等近年来受到了极大的重视。数字微镜器件(DMD)及数字光处理技术(DLP)作为实时空间光调制器在光学信息处理和光学三维传感领域具有广泛的应用前景。 由于LED具有发光效率高，单色性好，体积小，功耗低，寿命长等特点，在投影显示系统的应用中有着传统光源无法替代的优点。但是由于LED的外形和发光特性等与现有的投影仪难以匹配，使得LED无法应用于现有的照明系统，限制了投影系统小型化的发展。 为了满足实际工业，科研中测量微小物体的需要，本文研究了以LED为照明光源，以复眼透镜为均光元件，以数字微镜为空间光调制器，以相移技术为基础的三维轮廓测量术的光学系统。所取得的主要研究结果包括： 1.将LED的应用扩展到一个新的领域-三维轮廓测量术，并对相关光学系统进行了分析研究。 2.分析了基于数字光投影，三维测量光学系统的主要光学器件的特性，讨论了关键参数-对比度及其与照明角度的关系。 3.完成了以LED作为照明光源，复眼透镜作为均光器件，采用临界照明方式的照明系统的设计。 4.设计、组装并调试了基于相移技术的小型三维测量系统。

目录

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第一章概述

1.1三维轮廓测量技术

1.2三位轮廓测量技术的发展情况

1.3本文主要研究内容和创新点

第二章位相三维轮廓测量的基本原理

2.1位相三维轮廓测量的优点

2.2面结构光的产生

2.3相面移动

2.4位相展开

2.5高度计算

第三章数字微镜的光处理技术及其光学系统

3.1数字微镜的工作原理

3.2数字光处理技术

3.3数字光投影三维测量系统光学系统设计的考虑

3.4单DMD光调制器的对比度及其与照明角度关系的讨论

3.5本章小结

第四章数字微镜三位测量系统的光学系统设计

4.1非成像系统基本理论

4.2高亮度LED的特点及发光特性

4.3照明系统的设计

4.4分光棱镜的设计和模拟

4.5投影物镜的设计和模拟

4.6系统设计集成与分析

4.7本章小结

第五章三维测量系统的实验研究

5.1测量算法原理

5.2数字光(DMD)投影在小尺寸物体轮廓测量的应用

5.3重构物体高度的误差分析

5.4本章小结

总 结

致谢

参考文献