基于图像的透镜中心误差测量系统的研究

摘要

在各种光学系统中，光轴一致性是保证成像质量的基本要求。而在透镜的加工过程中，由于人为、工艺、机器、环境等因素的影响，会产生中心误差，它的存在破坏了光学设计的共轴理论，因此透镜的中心误差是评价光学系统的重要指标之一。有关透镜中心误差的测量仪器是检测光学系统，特别是精密光学系统不可缺少的光学测量仪器，它在光学透镜胶合、光学系统装校和检测中都起着重要作用。 传统的光学测量仪器大多采用人眼读数，劳动强度大、测量效率低，仪器的通用化和自动化较差，已经无法满足现代应用的要求。在理解光学测量仪器的基本原理和结构的基础上，研究和设计透镜中心误差及焦距、截距等其他参数的自动化测量系统是本课题的主要任务。 本文结合现代传感技术和数字图像处理技术，通过对透镜各个光学参数特别是中心误差测量方法的研究，提出了一种基于光线通过透镜后所形成图像的透镜多参数自动检测系统。阐述了透镜中心误差等参数测量及数据处理的原理和方法，用自准直仪、夹持器件、面阵CCD摄像机、电脑等搭建了硬件系统，设计了系统光路，对CCD输出的视频信号用MATLAB编写了数字图像处理和分析的软件，给出了数字化的测量结果。 文中最后对各个功能的测量精度进行了实验评估，在现有的设备条件下得到偏心差测量的标准差为0.0038mm。指出了影响系统精度的误差源，并提出了改进系统、补偿误差的方法。 通过大量的实验表明，文中设计的测量系统是正确可行的，不但可以极大的减少操作人员的劳动强度，提高测量效率，简化仪器的结构和体积，而且是一个有效的提高测量精度的方向。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3课题的主要研究内容

第二章中心误差测量方法的研究

2.1基本测量理论

2.2课题中使用的直接测量方法

2.3本章小结

第三章测量系统硬件设计

3.1测量系统整体机构设计

3.2自准直仪

3.3透镜旋转夹具

3.4位移台

3.5测量头设计

3.6测量头的实现

3.7测量头的应用——透镜多参数测量方法

3.7.1透镜焦距测量

3.7.2透镜曲率半径测量

3.7.3透镜截距测量

3.8本章小结

第四章图像的采集与软件处理

4.1CCD传感器

4.2视频信号(Video Signal)

4.2.1黑白全电视信号[40]

4.2.2图像处理系统连接

4.2.3视频信号的数字化[4]

4.3数字图像(Digital Image)的表示

4.4数字图像处理的软件处理

4.5图像增强

4.5.1灰度级调整

4.5.2噪声处理

4.6灰度级门限(Threshold)化分割

4.7数学形态学(Mathematical Morphology)方法[41][43]

4.8曲线拟合(Curve fitting)

4.8.1最小二乘拟合(Least Squares Fitting)方法

4.8.2直线拟合

4.8.3圆拟合

4.9专用测量软件

4.9.1图形用户界面(GUI)编程[45]

4.9.2中心误差测量

4.9.3焦距测量

4.10本章小结

第五章数据处理和精度分析

5.1实验前的仪器调整

5.2实验器件对测量系统的精度影响

5.2.1旋转操作的影响

5.2.2透镜装卡方式的影响

5.2.3其他器件的影响

5.3偏心差测量的实验结果和精度分析

5.4透镜其他参数的实验结果和精度分析

5.4.1透镜焦距测量

5.4.2透镜截距测量

5.5本章小节

第六章全文总结及展望

6.1全文总结

6.2课题展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢