大范围低重叠度三维微结构拼接方法研究

摘要

随着超精密检测技术特别是无损检测技术的快速发展，在三维结构大视场无损检测领域，无损检测设备的测量分辨力与测量视场的矛盾不可避免，且现今主流商业测量设备在大视场测量上效果并不尽人意。针对以上问题，本文提出一种高鲁棒性的低重叠度大范围微结构拼接方法。并设计和构建了显微干涉测试系统，通过实验证明本方法可实现重叠度低至6％的有效拼接。
　　本研究主要内容包括：⑴通过分析超精密加工技术与检测技术的发展历程与现状，指出超精密测试技术在现代精密器件测试领域的重要性。研究并比较超精密检测技术的多种方法及现今研究热点，发现测量分辨力与测试范围之间矛盾日益突出，因此提出一种高鲁棒性的低重叠度大范围微结构拼接方法来解决大范围测量问题。⑵设计和构建了显微干涉测试设备，对三维微结构进行几何形貌测试。整个测试系统由硬件和软件两大部分组成，硬件部分包括运动和支撑机构、显微干涉系统、图像采集系统、照明系统，软件部分为基于Labview程序语言开发的上位机操作系统。⑶分析结构拼接过程的基本流程和特征提取与匹配算法。研究比较了多种基于不同原理的特征提取算法，基于微结构拼接中的先验参数及测试方法，结合三维微结构的特征提取实例，最终采用Sift局部特征提取算法。⑷在确保测试精度和速度的前提下，根据精密测量过程先验数据、测量方法和结构自身几何特征，改进拼接算法，主要改进有设定特征提取区域、设定匹配点搜索范围和求解校正矩阵。⑸通过实验对本文所提大范围拼接算法性能进行验证。针对拥有不同几何形貌特点的三维结构并使用不同实验设备，有针对性地实施的实验有：喷墨打印机喷头结构拼接实验、谐振器大范围拼接实验、特征稀疏结构拼接实验和在手动操作载物平台前提下的结构拼接实验。实验结果最终验证了本文所提出的结构拼接算法在大范围拼接领域的正确性及有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1超精密加工技术

1.2超精密无损检测技术

1.3精密无损检测技术研究现状和发展趋势

1.4 课题的提出和工作内容

第2章 测试系统设计与构建

2.1 系统总体设计

2.2系统硬件构成

2.3 上位机软件设计

2.4 本章小结

第3章 特征提取与匹配算法研究

3.1二维图像拼接基本流程

3.2 特征点提取算法

3.3 特征点匹配算法

3.4 算法性能比较

3.5 本章小结

第4章 大范围低重叠度拼接算法设计

4.1 拼接算法总体设计

4.2 特征提取区域划分

4.3 匹配点搜索范围设定

4.4几何变换矩阵求解算法

4.5 拼接结果校正

4.6 本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1喷墨打印机喷头结构拼接实验

5.2谐振器结构大范围低重叠度拼接实验

5.3 特征稀疏结构拼接实验

5.4 基于手动位移平台测试机构的结构拼接实验

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

作者简介

致谢