基于双光栅的平行度检测.pdf

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1、浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t A b s t r a c t A l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h em e a s u r e m e n tp r e c i s i o no ft h e r e q u i r e m e n t so ft h em e a s u r i n gp r o c e s sa n dt h es i m p l i c i t yo ft h er e q u i r e m e n t

2、so fq u i c k n e s s ， m o r ea n dm o r ei sa l s oh i g h B e c a u s ec o n t a c tm e a s u r e m e n tm e t h o dt om e a s u r et h i n g ss i z e h a v eah i g h e rl i m i t ，t h et r a d i t i o n a li m a g ep r o c e s s i n gm e t h o d si nm e a s u r i n gd i s t a n c eo ft h e t a r

3、 g e tp a r a l l e ld e g r e e ，b e c a u s ef o rt h et a r g e ts u r f a c ea n di m a g ea c q u i s i t i o ns y s t e mo fv e r t i c a l a x i sn o tc o m p l e t e l y , s ot h eg e o m e t r i cd i s t o r t i o n ，t om e a s u r e p r e c i s i o ng r e a t l y , a tp r e s e n t ，t h e

4、g o a lf o rl a r g e s c a l ed i s t a n c ep a r a l l e ld e g r e ed e v i a t i o no ft h el a c ko fag o o dm e t h o do f i n s p e c t i o n I no r d e rt os o l v et h et a r g e tf o rl a r g ep a r a l l e lt ot h ep r o b l e mo fm e a s u r e m e n t ，t h i sp a p e r d e s i g n sa n

5、db u i l d sad i f f r a c t i o ng r a t i n gb yd o u b l eo fp a r a l l e ld e g r e et e s t i n gs y s t e m ，a n da n d i m a g ep r o c e s s i n gm e t h o d ，a n dt h ec o m b i n a t i o no ft h eg r a t i n gd i f f r a c t i o nb e n c h m a r k ，t h r o u g h l i n eo nt h eg e o m e t

6、 r i cd i s t o r t i o nt oc o r r e c t A c c o r d i n gt om e a s u r i n gt h es i z eo ft h et a r g e tw i t h h i g hp o w e rl a s e rd i s t a n c et oc h o o s et h ea sap o i n tl i g h ts o u r c e ，t h r o u g ht h et w op i e c e so f o r t h o g o n a lp l a c e do nt h ed i f f r a

7、c t i o ng r a t i n gd i f f r a c t i o n ，p r o d u c em o r ed i f f r a c t i o no fp a r a l l e l l i n e sb ys o m ea sab a s e l i n e T h r o u g ht h ec a m e r at ob a s e l i n ea n dt a r g e t sf o rt h ef i l mt og e tt h e i m a g ep r o c e s s i n g M e a s u r e db yt h et e c h

8、n o l o g yo fi m a g ep r o c e s s i n g ，i ti st op o i n tt ow i l li m a g e a sac a r r i e ro fi n f o r m a t i o n ，t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ei m a g ep r o c e s s i n gf o rt h eg o a lt og e t i n f o r m a t i o n I nt h i sp a p e rt h ei m a g ep r o c e s s i n gm e t

9、h o df o rt h eb a s e l i n ea n dg e tt h et a r g e t c o o r d i n a t e s ，u s i n gt h el e a s ts q u a r em e t h o do fl i n e a re q u a t i o n sa r ef i t t i n g U s et h ep a r a l l e l d e g r e ee r r o ro nt h eb a s e l i n ei nt h ep l a n eo ft h et a r g e ta n dt h ec a m e r

10、a 。Sd i s t o r t i o nt i l t c o r r e c t i o nf a c t o r s Ig e tt ot h ep a r a l l e ld e g r e eo ft h eo b j e c tu n d e rt e s tm e a s u r e m e n tr e s u l t M e a s u r e m e n ta n dt h er e s u l ts h o w st h a tt h em e t h o ds i m p l e ，a c c u r a t em e a s u r e m e n t ，m e

11、 e t h i g h m e a s u r e m e n tp r e c i s i o n T h i sp a p e r f i r s t l yi nt h ep a r a l l e ld e g r e eo fi n s i d ea n do u t s i d et h ee x i s t i n gm e a s u r i n g m e t h o d sa r ec o m p a r e d ，m a i n l yi n c l u d i n gn o n - c o n t a c t ，n o n c o n t a c ta n di m

12、a g e t e c h n o l o g y , m e t h o d ，a n a l y z e st h em e t h o do fm e a s u r i n gt h eo r i g i n a la d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，f o rt h e p r o p o s e dn e wm e a s u r i n gm e t h o dt ol a yt h ef o u n d a t i o n T h i ss y s t e ma n dt h ed e t e c t i o n

13、 p r i n c i p l ei si n t r o d u c e di nd e t a i l 。I n c l u d i n gt h ep a r a l l e ld e g r e ed e f i n i t i o na n dg r a t i n gd i f f r a c t i o n | 浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t d o u b l eo r t h o g o n a lg r a t i n gd i f f r a c t i o nt h e o r y T h e nt h i sp a p e ri n t r o

14、 d u c e st h em e a s u r e m e n t s y s t e md e v i c e ，i n c l u d i n gt h ed e v i c eo fc h o i c ea n dt h ec o n s t r u c t i o no ft h em e a s u r e m e n ts y s t e m I nt h ef o u r t hc h a p t e ro ft h ee x p e r i m e n t a la n a l y s i s ，i n c l u d i n ge x p e r i m e n t a

15、 ld e v i c ea d j u s t i n g ， i m a g ep r o c e s s i n gm e t h o d ，a n dt h ea n a l y s i so ft h ee x a m p l eo fm e a s u r e m e n t C o n c l u s i o n K e yw o r d s ：D i f f r a c t i o ng r a t i n g s ，D i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g ，C o o r d i n a t et r a n s f o r m a

16、 t i o n ， P a r a l l e l i s m V 浙江大学硕士学位论文 目录 目录 致 射i 摘要i i i A b s t r a c t i v E j 录v i 1l 者论1 1 1 课题背景1 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 接触式平行度测量1 1 2 2 非接触式平行度测量1 1 2 3 图像技术检测法5 1 3 论文主要研究内容6 1 4 本章小结6 2 检测原理7 2 1 平行度及其定义7 2 2 衍射光栅7 2 2 1 线光栅7 2 2 2 正弦光栅9 2 3 双衍射光栅的衍射1 0 2 4 本章小结1 1 3 双光栅平行度测量系统装置1 2 3 1

17、照明系统设计1 2 3 1 1 光源的选择1 2 3 2 图像采集系统选择1 6 3 3 光栅的选择1 9 3 3 1 密光栅的选取1 9 3 3 2 疏光栅的选取2 1 3 4 实验装置的搭建。2 1 3 4 1 调整光轴2 2 浙江大学硕士学位论文目录 3 4 2 光栅的放置2 4 3 5 本章小结2 6 4 实验分析2 7 4 1 实验装置的调整。2 7 4 2 几何畸变校正3 0 4 2 1 几何畸变产生原因3 0 4 2 2 透视畸变的校正3 2 4 2 3 桶形畸变与枕形畸变的校正3 3 4 3 图像处理3 3 4 3 1 二值化3 4 4 3 2 坐标值提取3 6 4 3 3 方

18、程的拟合3 7 4 4 测量实例分析3 8 4 5 测量精度与误差4 2 4 5 1 光斑直径的计算。4 2 4 5 2 图像采集系统的精度。4 3 4 5 3 其他误差。4 4 4 6 提高测量精度的方法4 5 4 7 本章小结4 6 5总结4 7 参考文献5 0 作者简历5 3 攻读硕士学位期间发表的论文。5 3 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 绪论 1 1 课题背景 随着生产力的发展，尤其是制造业的发展，在生产生活和建设过程中，一些 大型设备和建筑物通常具有体积较大、距离较远等特点，这些物体中的某些立柱、 横梁或其他部分相互之间可能有很高的平行度要求。在实际生产过程中，对大型 工件

19、平行度进行检测是比较困难的，却是必须的。 目前，该类工件的平行度测量还缺少理想的检测装置和检测方法。常用的方 法如自准直方法、百分表法等【1 1 ，其原理比较简单，对小口径、轴较短的单工件的 平行度测量有很好的精度，但对于目标较大，多目标排列方式目标的平行度测量， 它们都有很大的局限性。利用平行度测试仪【2 1 等仪器由于测试距离范围有限，对大 型目标的平行度测量也不能获得较好的效果。而单纯依靠数字图像处理的方法虽 可以测量大体积目标，但却因为照相机与待测面的角度不能达到完全垂直【3 1 ，因 而会带来较大的误差。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 接触式平行度测量 传统的接触式测量法主要用

20、来测量目标相隔距离较近、平行度要求较高的场 合。较有代表性的接触式检测方法有利用机械探针进行检测的百分表法。 有些机械如汽车的底盘轴的主副滚筒轴线平行度的测量，在滚筒侧壁安装百 分表，然后转动其一滚筒用百分表在滚筒轴向两端测定主，副滚筒内侧母线的之 间距离，分别测量两根轴的两端间距跳动，然后代入两轴轴线间距的函数关系即 可求出平行度【4 】。 1 2 2 非接触式平行度测量 非接触检测是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下， 得到物体表面参数信息的检测方法。非接触检测方法主要包括激光检测法、超声 波检测法、图象技术检测法以及电涡流检测法等。 1 激光检测法 利用受激发射原理和

21、激光腔的滤波效应使所发光波具有方向性好、亮度高、 单色性好的优点。基于激光的这些特点形成了多种激光检测方法，主要有激光干 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 涉法、激光扫描法、光纤法和激光三角法等s 1 。 ( 1 ) 激光干涉法。激光光源克服了单色光源对干涉仪的限制，提高了干涉信 号的处理精度和速度，在微电子、机械工程等众多的领域有广泛应用，其检测微 变量原理图如图1 1 所示： 1 激光器2 3 1 2 反射镜4 会聚物镜5 小孔光阑6 准直物镜7 8 半透半反 分光镜9 角锥棱镜( 动静) 1 0 1 3 狭缝1 1 1 4 光电接收器 图1 1 激光干涉法检测微变量原理图 ( 2 ) 激光

22、扫描法。激光扫描法是1 9 7 2 年发展起来的一种技术，有人称之为 L a s e rS h a d o wG a u g e 。其工作原理为激光束经过透镜后被反射镜反射，由于同步 位相马达的转动而形成扫描光束，扫描光束经过透镜后变成平行的扫描光束，平 行扫描光束在扫描过程中被遮挡，光束经过另一个透镜后被位于焦平面上的探测 器接收，得到一个随时间变化的光电信号，经过后续的信号处理电路，可以得到 工件的检测值【7 1 。 这种方法主要用于检测工件的几何尺寸，如长度、厚度、外径等。优点是检 测速度快、非接触检测、可测运动物体、能实现在线检测，而且不受被测件的温 度，测试场所的光线等环境因素的影响

23、。缺点是量程受透镜尺寸的限制，存在非 线性原理误差，需要校正或采用特殊设计的透镜来补偿，并且对后续电路要求较 高。 ( 3 ) 激光三角法。激光三角法光路按检测方式分为反射型与透射型：若按入射 光线与被测工件表面法线的关系分为直射式和斜射式；按入射光束的形态来分， 2 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 又可分为单束光和片光【剐。 反射型直射式三角法检测等效光路如图1 2 所示。激光器发出的光束，经会 聚透镜聚焦后垂直入射到被测物体表面上，物体移动或表面变化导致入射光点沿 入射光轴移动，接收透镜接收来自入射光点处的散射光，并将其成像在光电接收 元件敏感面上。其物象关系为： 万：量2 ( 1 1 )

24、 2 上述方法中，被测物面的入射光束与光敏面平行，并垂直于成像透镜光轴， 被测点的位移与光电探测器上光斑的位移为线性关系，可用于检测相对或绝对位 移。但其光敏面要求很大，而且被测点在成像面的像并不清晰，因此检测精确度 不高。 被测 图1 2 激光三角法检测光路图 区 2 超声波检测法 超声波是指人耳能感受到的一种纵波，一般把频率在2 K H z 到2 5 M H z 范围的 声波叫做超声波。超声波检测的方法主要有共振法、干涉法、脉冲回波法等，其 工作原理如图1 3 所示。超声探头与被测体表面接触，主控制器控制发射电路， 3 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 图1 3 超声波工作原理图 使探头发出

25、的超声波达到被测物体底面反射回来，该脉冲信号又被探头接收，经 放大器放大到示波器垂直偏转板上。标记发生器输出时间标记脉冲信号，同时加 到该垂直偏转板上，而扫描电压则加在水平偏转板上。因此，在示波器上直接读 出发射波与接收超声波之间的时间间隔t ，被测物体的厚度h 为：h = c t 2 ，c 为超 声波的传播速度【引。 由超声波检测法的检测原理知道超声波主要应用在检测物体的厚度，表面与 内部缺陷、组织变化等：油位，水位等的液体的液位：流动体的流量等。优点是 适用范围广、灵敏度高、设备简单、操作方便，并可以现场检测。超声波检测是 依据声速检测距离的，存在一些固有的缺点，不能用于以下场合：( I

26、) 待测目标与传 感器的换能器不相垂直的场合，因为超声波检测的目标必须处于与传感器垂直方 位偏角不大于1 0 0 角以内；( 2 ) 需要光束直径很小的场合。因为一般超声波束在离 开传感器2 m 远时直径为0 7 6 c m ；( 3 ) 温度梯度较大的场合；( 4 ) 需要快速响应的场合。 轴瓦高度及平行度自动检测系统要求响应速度快，待测目标与传感器垂直，且检 测位置在微米级，因此超声波检测法不能满足系统的要求。 3 电涡流传感器检测法 电涡流传感器是一种非接触的线性化计量工具。能实现静态和动态地非接触， 可以高线性度，高分辨力地检测被测金属导体距探头表面的距离。电涡流传感器 能准确检测被测

27、体与探头端面之间静态或动态的相对位移变化。探头、延伸电缆、 前置器以及被测体构成传感器基本工作系统，如图1 4 所示。 4 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 图1 4 电涡流传感器的工作原理图 前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头，线圈在探头头部的线圈中产 生交变的磁场，如果在这一交变的磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一 磁场就能量就会全部损失：当有被测金属靠近这一磁场，则在金属表面产生感应 电流，电磁学上称为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方 向相反的交变磁场，由于其反作用是头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变 ( 线圈的有效阻抗) ，这一变化与金属体磁导率、电导率

28、、线圈的几何形状、几何 尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面距离等参数有关。 电涡流位移传感器具有长期工作可靠性好、检测范围宽、灵敏度高、分辨率 高、响应速度快、抗干扰力强，不受油污等介质的影响、结构简单等优点 1 0 1 。 1 2 3 图像技术检测法 图像技术检测法就是检测被测对象时，把图像当作检测和传递信患的手段或 载体加以利用的检测方法，其目的是从图像中提取有效的信号，工作流程如图 1 5 所示： 图1 5 图像技术检测法工作流程 图像检测方法主要有光学图样法( 干涉法、莫尔法、相位法等) 和基于图像传 感器( C c D ) 的光电法。数据采集包括原始图像的采集以及初始值的采集；

29、数据处理 5 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 是利用图像检测原理和图像处理的各种技术，计算二维空间物体的几何参数坐标， 并以要求的形式显示。 图像技术检测具有非接触、高速度、动态范围大、信息量丰富、成本相对低 廉等诸多优点，广泛用于各种实时、在线的精密检测，如航空遥感检测、精密复 杂零件的微尺寸检测和外观检测、以及光波干涉图、应力应变场状态分布图等， 但在检测位移上。尤其是小尺寸位移检测方面，却有很大的局限性，比如成像模 糊、检测精度较低1 1 1 l - 【1 引。 1 3 论文主要研究内容 在本文中，由激光做光源投射到正交的双光栅上进行衍射，利用双光栅衍射 得到的若干条平行条纹作为基准线，

30、与图像处理技术相结合，对图像采集系统进 行校正，最终得到远距离多目标的平行度值。 利用双衍射光栅投射出的平行线作基准，并进行图像处理的方法，可以对大 型目标平行度进行检测。这种方法简便、易于实现，能够快速的得到平行度的偏 差，并由基准线校正与待测面的角度偏差，最终得到高精度的测量结果。 1 4 本章小结 本章综述了平行度测量的发展历史、国内外研究现状和发展动态，对各种平 行度的测量方法的特点进行了论述，分析了已有的接触式和非接触式测量方法存 在的难点和缺陷，提出对于大规模多目标的平行度测量方案，并简要论述了论文 的主要工作。 6 浙江大学硕士学位论文 第二章检测原理 2 检测原理 2 1 平行

31、度及其定义 我们可以用这两条直线的夹角来表示两直线的平行度差异。如下图所示： O l 0 2 n ，二三三三三2 4 0 3 ! = 5 r a 图2 1 平行度的计算 因此，直线0 1 0 2 与直线0 3 0 4 的夹角 秒：a r c t a n a ( 2 1 ) d 2 Z 衍射光栅 衍射光栅是一种光学元件，其上有规则的配置着线、缝、槽或光学性质变化 的物质。衍射光栅具有周期性重复排列的结构，因此它可以对入射光波的振幅和 相位进行周期性的调制【1 5 1 。 2 2 1 线光栅 本文所用的透射式光栅，是指由大量等宽度、等间隔的平行线条组成的光学 元件，假设该光栅有N 个狭缝，透光部分

32、宽度为a ，不透光部分宽度为b ，则光 栅常数p = a + b 。 7 浙江大学硕士学位论文第二章检测原理 光 源 观察屏 图2 2 透射光栅的衍射 如图2 2 所示，透射光栅的光栅常数为P ，光栅和观察屏之间距离L 远远大 于光栅常数P ，在观察屏上有一点A ，它与中心的夹角为e 。在实际当中，由于 光源采用单束激光，则光源通过的光栅狭缝数是有限的，设狭缝数为N ，光源通 过光栅部分为一个边长为D 的正方形，则光栅的透过率函数为 t ( 粕，帕) = 【r e c c ( 詈) 木言c 。m b r P c c ( r P c c e ) ( 2 2 ) 式( 2 2 ) 中，代表求卷积，

33、P 为光栅常数。 如图2 3 所示，用m a t l a b 画出其透过率函数。 8 浙江大学硕士学位论文 第_ 章检测原理 图2 3 透过率 如图2 4 所示，是光源通过不同数目狭缝时的衍射图样。当光栅的栅距d 足 够小、狭缝数N 足够大，光源光束通过光栅时，可以形成衍射光谱。 一一叫 N = 1N = 5 ： N = 2 l I N = 6 N = 3 一 = 2 0 图2 4 不同狭缝数时的衍射结果 2 2 2 正弦光栅 在测量过程中，如果待测目标是由两条直线组成的平行线时，那么，双光栅 投射出的基准线，就只需要两条即可。在这种情况下，第二块光栅可以采用正弦 光栅。 正弦型振幅光栅能对入

34、射光波的振幅按余弦或正弦函数变化规律进行调制， 9 浙江大学硕士学位论文 第二章检测原理 而不影响其相位分布。正弦光栅的复振幅透射系数为 t ( 】f t ，y ，) = = 1 - I - B c 。s2 丌；1 i c 。) 】( 2 3 ) 这是一个在x 。方向上无限长的一维光栅，B 取O 1 0 0 0 0 小时 输入电压：2 2 0 V 3 2 图像采集系统选择 在进行数字图像处理之前，要先将现实世界当中的模拟的、连续的信号转化 成数字的、断续的信号，以便于计算机后续的处理。这就需要利用图像采集系统。 基于图像处理的测量系统，图像采集系统是用于获取实验测量结果的最直接元器 件，图像采

35、集系统的好坏直接决定了测量系统的测量精度。 图像采集系统的历史可以说是非常悠久其中，图像传感器在其发展过程中 起到了极为关键的作用。图像传感器比较重要的发明是2 0 世纪5 0 年代诞生的光 学倍增管，和7 0 年代出现的电荷藕合装置( 简称C C D ) 。在2 0 世纪末，又出现 三种新型的图像传感器，分别是互补氧化金属半导体( 简称C M O S ) ，接触式图 像传感器( 简称C I S ) 和L B C A S T 传感器系统。目前相机中主要使用的图像传感器 是C C D 和C M O S 两种类型。 随着I T 技术与产业的发展，计算机网络技术与应用的普及，数码相机的应 用也越来越

36、广泛。越来越多的数码相机舍弃传统的胶卷，用C C D ( 电荷藕合器件) 作为感光器件。C C D 的技术比较成熟，成像质量好，但其生产过程复杂、成品率低， 因此十分昂贵。70 年代初，国外开发出早期的C M O S ( 互补金属氧化物半导体) 图像传感器，但在分辨率、动态范围、噪声、功耗和成像质量等方面都不如当时 的C C D 图像传感器，因而未获得充分发展。 90 年代初期，C M O S 图像传感器显示出强劲的发展势头。随着超大规模集 成电路( VLSI ) 制造工艺技术的发展，现在C M O S 图像传感器的一些参数性 能指标已达到或超过C C D 图像传感器。C M O S 图像传感

37、器具有体积小、功耗低、 1 6 浙江大学硕士学位论文第三章双光栅平行度测量装置 高集成度、自动计时、随机存取、无损读取、抗光晕和耐辐射等特点，使其具有 广阔的市场诱惑力和良好的发展前景。采用图像传感器的数码相机以及徽型和超 微型摄像机已进入商品化。随着数字电视、可视通信市场的兴旺，C M O S 图像传 感器的应用前景更加广阔 2 7 - 2 9 。 为提高精度，选择应选择有效像素较高的传感器。在本测试系统中，因为测 试对象可能存在距离很远的现象，因此光源、经过光栅衍射之后的基准点在经过 远距离传输之后，会有强度减弱的问题，导致图像采集系统得到的基准点亮度不 够，甚至得不到基准点的图像。因此，

38、对于图像采集系统的光学镜头部分，也有 很高的要求。 在实际的光学系统中，物面上的每一个点发出并进入光学系统中的光束宽度、 能量都是有限的，为了能够得到更大光束宽度以及能量，在拍摄过程中如果遇到 衍射点能量较弱时，应尽可能的将通光口径D 调整到最大，并延长相机的曝光时 问。光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通 常是在镜头内。光圈的大小通常用f 值来表示。光圈f 值等于镜头的焦距与镜头 口径的直径的比值。因此，在选择镜头时，应尽可能的选择f 值较小的镜头，以 获得更清晰的衍射点图样。 综合以上几点需求，在双光栅测试系统中，选择了佳能E O S5 0 0 D 相机为光

39、学采集系统，搭配佳能E F5 0 m mf 1 8I I 定焦镜头。具体镜头内部结构如图3 2 ， 镜头调制传递函数如图3 3 。参数如下表： 传感器类型：C M O S 传感器尺寸g2 2 3 x 1 4 9 m m 传感器描述：长宽比：3 ：2 有效像素：1 5 1 0 万 最高分辨率：4 7 5 2 x 3 1 6 8 测光范围：E V 0 5 1 8 ( 2 3 。7 3 下，I S O1 0 0 ) 佳能E F5 0 r a mf 1 8I I 定焦镜头的参数g 镜头结构：5 组6 片， 变焦方式：无变焦 最大光圈：F 1 8 1 7 浙江大学硕士学位论文第二章双光栅平行度测量装置

40、最小光圈：F 2 2 最近对焦：0 4 5 m 视角范围：水平：4 0 。，垂直：2 7 。，对角线：4 6 。 M T F1 o a 7 0 6 咕 a 1 O 图3 2E F5 0 r n mf 1 8I I 镜头示意图 量大光F 8 空间频率 SM SM I O 线毫米 3 0 线毫米 图3 3E F5 0 r a mf 1 8I I 调制传递函数 M T F 曲线图显示的是镜头对对比度的忠实再现情况，纵轴表示对比度的优劣， 横轴表示与成像中心的距离。另外，图中1 0 线毫米的曲线越接近1 ( 最大值) 镜头的对比度表现就越好。另一方面，3 0 线毫米的曲线越接近1 ，镜头分辨力 就越高

41、。“线毫米”这一单位的意思是，以1 毫米宽度为单位，其中有多少根白 黑白黑的条纹。比方说，1 0 线毫米的意思可以理解为在1 毫米宽度的范围内 排列有1 0 条线。 蓝色的线表示光圈值F 8 时对比度与分辨力的曲线。收缩光圈可以减少各种 残存像差提高成像性能，对比度与分辨力都变得更高。另外收缩光圈后彗星像差 等影响也减少了，图像周边的成像性能变得更高，容易得到真格画面画质均一图 1 8 浙江大学硕士学位论文 第三章双光栅平行度测量装置 像。 黑色的线表示最大光圈时对比度与分辨力的曲线。最大光圈时易受到残存像 差的影响，对比度与分辨力都比F 8 时的M T F 值略低。另外s 方向与M 方向的

42、M T F 曲线越接近，说明镜头的表现个性越小，能够切实表现被摄体的同时，具有 易拍出美丽虚化的特性。 1 0 线毫米的M T F 值在0 8 以上算对比度很好，可以说是成像通透的好镜头。 图中的实线表示拍摄线条从中心呈放射状的纹样( 在图中用“S 表示) 时的成 像性能，虚线表示拍摄线条呈同心圆层层扩展状的纹样方向( 在图中用“M “ 表 示) 时的成像性能。另外3 0 线毫米的数值越接近1 ，镜头的细节成像能力越高， 1 0 线毫米与3 0 线毫米数值的平衡决定镜头的最终画质。 1 0 线毫米的M T F 值在0 6 以上，画质尚可、实际使用没有大问题。实拍中 的对比度会受到光线或被摄体颜

43、色等条件的影响，特别是好天气且空气清新的环 境中外部因素的影响会变强，M T F 值的大小就不能那么准确地表示实拍对比度的 高低了。另外，表示锐度的3 0 线毫米的M T F 值越高，越能将小被摄体拍得鲜 明。但是如果被摄体形状简单，低M T F 值的镜头也有可能拍出锐利的图像。 根据线的高度、形状及间隔了解镜头特点与性能M T F 曲线图的横轴相当于 成像圈半径，横轴左端相当于成像中心，右端相当于成像圈圆周外端。对比图表 左右部分，更易了解镜头中心开始各个方向上的成像性能。另外，E F 镜头安装 在A P S C 画幅机型上时等于截取成像圈中央部分，原来图像边缘为实际拍摄范围 之外。因此横轴

44、左端向右约1 1 毫米范围外的数据可以忽略。 3 3 光栅的选择 在测量系统中，由激光器发出、经光栅衍射、并最终投射到待测物体上的由 激光衍射点所组成的基准线的夹角与衍射光栅的光栅常数有关。因此，对于不同 的待测目标。需要根据待测目标的距离、平行线间距、平行线长度以及平行线条 数等参数来确定不同光栅常数的光栅对待测目标进行测量。 3 3 1 密光栅的选取 首先对于密光栅的选取，应该遵循以下几点： 1 ，密光栅的面积应足够大。因为单一的线条纹是由疏光栅衍射获得。若将 密光栅置于疏光栅之后，则疏光栅衍射出的线条纹中的点进入密光栅中进行二次 1 9 浙江大学硕士学位论文第三章双光栅平行度测量装置 衍射的个数受到密光栅面积的影响。若密光栅的面积太小，则投射出的每条基准 线中的点都会相应的大大的减小，可能会造成基准线的长度不够，影响整个测量 系统的测量精度。 2 ，密光栅的光