第十章陳家璧版 光學資訊科技原理及應用習題解答

2023-01-17 02:30:04 字數 1538 閱讀 6814

答:由於物體表面的微觀起伏的不確定性,在探測器上的像點的散斑分布也是不確定的,這種不確定性引起的光點中心的定位誤差,因此雷射散斑對三角法測量精度具有重要影響。公式(10.

16)和(10.17)表明,這種不確定性與透鏡的數值孔徑、雷射的波長和散斑的對比度有關。通過增大透鏡的數值孔徑,減小波長c,降低散斑的對比度可以提高雷射三角法測量精度。

10.4 在相位測量剖面術中,由於變形光柵像與傳統的干涉條紋圖相類似,因此變形光柵像有時又被稱為「干涉圖」。 在干涉計量中,光波長被作為度量微觀起伏的尺度,而在位相測量剖面術中與投影條紋間距有關的「等效波長」被作為度量三維巨集觀面形的尺度。

試比較這兩種方法在物理概念上和條紋處理方法上的異同性。

答:相位測量剖面術和干涉計量中都可以得到一系列的條紋分布,前者是測量巨集觀物體的面形尺度,後者是測量得到干涉的波面相位資訊。相位測量剖面術借鑑了干涉計量的方法,通過條紋的分布計算得到相位,把相位和物體的高度相聯絡,進而計算得到物體的高度,實現物體的三維測量。

由於在概念與處理方法上的相似性,數字相移干涉術中使用的相移演算法與相位測量剖面術中條紋處理方法是類似。

10.5 由於實際得到的位相資料是乙個二維的取樣點陣列,所以位相展開應針對二維進行。模仿一維位相函式的位相展開過程,推導二維截斷位相函式φw(i,j) 展開過程的數學表示式.

答:可以首先沿二維資料陣列中某一列進行位相展開,然後以該列展開後的位相為基準,沿每一行進行位相展開,得到連續分布的二維位相函式。例如首先沿二維資料陣列中第一列展開,然後以該列展開後的位相為基準,沿每一行展開。

10.6採用遠心光路的pmp系統如圖10.22所示。

設圖中=300 ,』=00,在參考平面上看到的投影正弦光柵是等週期分布的,其周斯=5mm,求該系統的等效波長。如果系統對條紋位相的測量精度為2/100, 求系統的測量精度。試討論提高系統的測量精度的方法。

答:等效波長=8.7mm,系統的測量精度為0.087mm. 減小等效波長可以提高系統的測量精度。

10.7 相位測量輪廓術和傅利葉變換輪廓術是基於三角測量原理,試比較調制度測量輪廓術與上面兩種方法在原理上的區別,並比較三種方法的測量精度。

答:相位測量剖面術和傅利葉變換輪廓術都是基於三角測量原理,條紋的投影方向和觀察方向之間存在乙個角度,所以這種方法受到陰影、遮擋、相位截斷的限制,不能測量劇烈的面形變化。調製度量輪廓術測量時,投影方向和探測方向一致,可以是想對物體的垂直測量,不用求解相位和相位展開,亦即可以測量物表面高度劇烈變化或不連續的區域。

相位測量剖面術和傅利葉變換輪廓術的測量精度高於調制度測量輪廓術。

10.8飛行時間法(tof)是基於直接測量雷射或其他光源脈衝的飛行時間來確定物體面形的方法。圖10.

43是採用位相檢測技術的tof系統框圖,對時間的測量可以通過對調製光波的位相測量來實現。光束經9mhz的調製器調製後投射到物接收的訊號經9mhz的濾波器後與基準訊號比較,然後從位相變化計算出距離的變化。假定位相的測量精度為2/100,求系統的測量精度。

如果保持位相的測量精度不變,光束的調製頻率提高到90mhz, 系統的測量精度是多少。

答:系統的測量精度為0.33m。如果光束的調製頻率提高到90mhz, 系統的測量精度提高到0.03m。

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