基于单角谱数字全息的角位移测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于单角谱数字全息的角位移测量方法及装置，包括如下步骤：S1、通过干涉光路对测量物照射形成干涉条纹；S2、转动测量物，重复步骤S1，得到新的干涉条纹；S3、分别对两个干涉条纹滤波提取相位，对于提取到的相位，往y轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布，往其x轴方向上叠加y轴方向的相位边缘分布，再通过高阶最小二乘拟合，得到对应的一次项系数，根据一次项系数得到对应的空间频率和角谱，从而求出测量光的空间矢量，得到角位移。本发明专利技术大大提升了角位移的测量效率，提高了测量准确性和可靠性。准确性和可靠性。准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于单角谱数字全息的角位移测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及数字全息
，特别涉及一种基于单角谱数字全息的角位移测量方法及装置。

技术介绍

[0002]数字全息是用光电传感器件(如CCD或CMOS)代替干板记录全息图，然后将全息图存入计算机，用计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的全息再现和处理。全息技术能够将完整的物体信息以干涉强度场的形式记录下来，数字全息技术将光电探测器记录的干涉谱在计算机中通过数值化衍射再现和相关图像处理同时获得物体幅度和相位信息。只需对两次记录的相位信息作差便能够获得全息图上角位移的变化量。数字全息与传统光学全息相比具有制作成本低，成像速度快，记录和再现灵活等优点。近年来，随着计算机特别是高分辨率CCD的发展，数字全息技术及其应用受到越来越多的关注，其应用范围已涉及形貌测量、变形测量、粒子场测试、数字全息显微镜、防伪、三维图像识别、医学诊断等许多领域。
[0003]角位移测量技术是几何量测量技术的一个重要组成部分。在国民经济和国防建设中有着重要的作用，同时也有着广泛的前景。如飞机、舰船、火箭常用惯性导航仪表，来保证航行方向角的准确性，弹道式导弹的发射需要掌握发射点和落点的方位角，火炮需要通过角位移测量技术控制其垂直角和水平角，以保证命中目标。但由于传统的人工测量技术不足之处较多，如测量精度不高，效率低，测量系统可靠性不强，误差较大，测量难度高等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种基于单角谱数字全息的角位移测量方法及装置。本专利技术大大提升了角位移的测量效率，提高了测量准确性和可靠性。
[0005]本专利技术的技术方案：基于单角谱数字全息的角位移测量方法，包括如下步骤：
[0006]S1、通过干涉光路对测量物在转动前和转动后进行照射，使其在记录面上分别形成干涉条纹；
[0007]S2、分别对两个干涉条纹滤波提取相位，对于提取到的相位，往其y轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布，往其x轴方向上叠加y轴方向的相位边缘分布，再通过高阶最小二乘拟合，得到对应的一次项系数，根据一次项系数得到对应的空间频率和角谱，从而求出测量光的空间矢量，得到角位移。
[0008]上述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，所述的干涉光路对测量物照射是将光源发射的光束扩束后平行入射分光棱镜，由分光棱镜将其分成两束光，其中一束光作为参考光反射到参考镜上，经过参考镜垂直入射到CCD记录面，另一束光作为测量光透过分光棱镜入射到测量物上，经过测量物又反射回分光棱镜，再入射到CCD记录面，两束光经过干涉，在CCD记录面上产生干涉条纹。
[0009]前述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，步骤1中，测量物在转动前的干涉
光路表示为：
[0010][0011]式中：e为自然常数；α1和β1分别为测量光入射到CCD记录面时与X轴和Y轴的夹角；a1是测量物在转动前照射的测量光的振幅；
[0012]步骤1中，测量物在转动前的干涉光路所形成的干涉条纹为：
[0013][0014]式中：λ为波长；
[0015]步骤1中，测量物在转动后的干涉光路表示为：
[0016][0017]式中：e为自然常数；α2和β2分别为测量光入射时与x轴和y轴的夹角；a2是测量物在转动后照射的测量光的振幅；
[0018]步骤1中，测量物在转动后的干涉光路所形成的干涉条纹为：
[0019][0020]前述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，对于M行N列的二维干涉条纹I1(x,y)和I2(x,y)，分别按行队列变量y做一次长度为N的一维离散傅里叶变换，再将计算结果按列项对变量x做一次长度为M的傅里叶变换，得到中间具有亮斑的频谱：
[0021][0022][0023]将频谱中间的亮斑滤出，保证M和N不变，对F1(u，v)和F2(u，v)进行傅里叶逆变换得到U1(x，y)和U2(x，y)，用滤波的方法对其取相位得到：
[0024][0025][0026]前述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，对于相位往其y轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布：
[0027][0028]在上式中为一个常数C,对叠加出来的相位边缘分布进行最小二乘线性拟合,得到斜率进而计算得到cosα1；
[0029]往其x轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布：
[0030][0031]在上式中为一个常数C,对叠加出来的相位边缘分布进行最小二乘线性拟合,得到斜率进而计算得到cosβ1；
[0032]对于相位往其y轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布：
[0033][0034]在上式中为一个常数C,对叠加出来的相位边缘分布进行最小二乘线性拟合,得到斜率进而计算得到cosα2；
[0035]往其x轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布：
[0036][0037]在上式中为一个常数C,对叠加出来的相位边缘分布进行最小二乘线性拟合,得到斜率进而计算得到cosβ2。
[0038]前述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，利用傅里叶变换对位于CCD记录面中的xy平面上的复振幅分布U(x,y)进行傅里叶分析，得到：
[0039][0040]其中A(u，v)是U(x，y)的空间频谱，因为所以
[0041][0042]得到的即为U(x,y)的角谱；
[0043]利用上式，将测量物转动前所获得cosα1和cosβ1以及测量物转动后所获得cosα2和cosβ2代入，获得测量物转动前的角谱和转动后的角谱，根据测量物转动前的角谱和转动后的角谱分别得到角位移在x方向和y方向的改变量，从而求出测量光的空间波矢，得到测量物的角位移。
[0044]前述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法的装置，包括光源，光源的输出端连接有扩束器，扩束器经准直透镜连接有分光棱镜；所述分光棱镜连接有参考镜、CCD图像采集装置和测量物。
[0045]与现有技术相比，本专利技术通过干涉光路对测量物照射形成干涉条纹，转动测量物后，再次通过干涉光路得到新的干涉条，然后分别对两个干涉条纹滤波提取相位，通过解包裹将y轴方向上的相位恢复为连续相位，往y轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布，往其x轴方向上叠加y轴方向的相位边缘分布，再通过高阶最小二乘拟合，得到对应的一次项系数，根据一次项系数得到对应的空间频率和角谱，从而求出测量光的空间矢量，得到角位移。本专利技术采用干涉光路的方法进行角位移的测量，干涉光路的结构简单，数据准确，而且操作方便，测量准确，大大提升了角位移的测量效率。
附图说明
[0046]图1是本专利技术实施例中的装置结构示意图。
[0047]图2是干涉光路的结构示意图。
[0048]图3是本专利技术实施例中干涉条纹的处理流程示意图。
[0049]附图中的标记为：1、光源；2、扩束器；3、准直透镜；4、分光棱镜；5、参考镜；6、CCD图像采集装置；7、测量物。
具体实施方式
[0050]下面结合附图和实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于单角谱数字全息的角位移测量方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、通过干涉光路对测量物在转动前和转动后进行照射，使其在记录面上分别形成干涉条纹；S2、分别对两个干涉条纹滤波提取相位，对于提取到的相位，往其y轴方向上叠加x轴方向的相位边缘分布，往其x轴方向上叠加y轴方向的相位边缘分布，再通过高阶最小二乘拟合，得到对应的一次项系数，根据一次项系数得到对应的空间频率和角谱，从而求出测量光的空间矢量，得到角位移。2.根据权利要求1所述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，其特征在于：所述的干涉光路对测量物照射是将光源发射的光束扩束后平行入射分光棱镜，由分光棱镜将其分成两束光，其中一束光作为参考光反射到参考镜上，经过参考镜垂直入射到CCD记录面，另一束光作为测量光透过分光棱镜入射到测量物上，经过测量物又反射回分光棱镜，再入射到CCD记录面，两束光经过干涉，在CCD记录面上产生干涉条纹。3.根据权利要求2所述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，其特征在于：步骤1中，测量物在转动前的干涉光路表示为：式中：e为自然常数；α1和β1分别为测量光入射到CCD记录面时与x轴和y轴的夹角；a1是测量物在转动前照射的测量光的振幅；步骤1中，测量物在转动前的干涉光路所形成的干涉条纹为：式中：λ为波长；步骤1中，测量物在转动后的干涉光路表示为：式中：e为自然常数；α2和β2分别为测量光入射时与X轴和Y轴的夹角；a2是测量物在转动后照射的测量光的振幅；步骤1中，测量物在转动后的干涉光路所形成的干涉条纹为：4.根据权利要求3所述的基于单角谱数字全息的角位移测量方法，其特征在于：对于M行N列的二维干涉条纹I1(x,y)和I2(x,y)，分别按行队列变量y做一次长度为N的一维离散傅里叶变换，再将计算结果按列项对变量x做一次长度为M的傅里叶变换，得到中间具有亮斑的频谱：
将频谱中间的亮斑滤出，保证M和N不变，对F1(u，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘卫清，牛亦琰，庞静茹，戴恩文，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：