一種計算強度關聯(lián)成像自準直儀及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計算強度關聯(lián)成像自準直儀及測量方法，屬于精密測試計量儀器領域。
【背景技術】
[0002]自準直儀(又稱自準直測微平行光管)是應用自準直原理進行小角度測量的檢測儀器。它將待測件上反光鏡旋轉角度量變換成自準直儀接收器件上的線量變化，通過測出線量變化間接檢測出反射面微小角度變化。自準直儀主要應用在小角度測量、平直度與平行度測量等方面，是機械制造、航天工業(yè)、計量、科研等部門常用的測量儀器。
[0003]現(xiàn)階段常用的自準直儀大多是精度較高的CCD光電自準直儀。目前市面上德國穆勒公司(Moller)生產的ELC0MAT系列光電自準直儀屬常見的光電自準直儀中精度最高的，如ELCOMAT HR和ELC0MAT 3000兩款，這兩種型號的光電自準直儀均采用高分辨率的線陣CCD作為光電探測器。但無論是線陣CCD還是面陣CCD的光電自準直儀，其精度都受限于C⑶像元數(shù)和像元尺寸等參數(shù)，盡管采用了求質心的近似處理方法，也不能從根本上顯著提高測量精度，此外對于機器工作發(fā)熱導致的大氣擾動影響，傳統(tǒng)自準直儀的示值穩(wěn)定性也受到了嚴峻挑戰(zhàn)。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種計算強度關聯(lián)成像自準直儀及測量方法，能夠間接計算得到待測件的微小轉動角度，將量子成像技術中的計算關聯(lián)成像方法引入自準直儀的設計中，可以有效減小空氣擾動等因素引起的測量誤差，提尚系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:一種計算強度關聯(lián)成像自準直儀，包括:光源(1)、數(shù)字微鏡陣列DMD (2)、控制器(3)、分束器(4)、透鏡(5)、待測件反光鏡(6)、CCD (7)、強度關聯(lián)計算模塊(8);控制器(3)包括光源調制模塊和同步控制模塊；
[0006]數(shù)字微鏡陣列DMD (2)包括多個微鏡陣列，光源⑴照射在數(shù)字微鏡陣列DMD⑵的微鏡陣列上，控制器(3)的光源調制模塊產生光場調制矩陣，將光場調制矩陣存至強度關聯(lián)計算模塊(8)，并將該光場調制矩陣加載到數(shù)字微鏡陣列DMD (2)上，使多個微鏡陣列發(fā)生不同角度的翻轉，微鏡陣列反射光源(I)照射的光束形成調制光場，在控制器(3)的同步控制模塊發(fā)射的同步時鐘信號控制下，入射至分束器(4);
[0007]控制器(3)的同步控制模塊用于發(fā)射同步時鐘信號，作用到數(shù)字微鏡陣列DMD⑵和CCD (7)上，控制數(shù)字微鏡陣列DMD⑵和CCD (7)同時發(fā)射和采集信號；
[0008]分束器(4)將入射的調制光場分光成兩路，分別是透射光束和反射光束，將調制光場分光得到的反射光束舍棄，將調制光場分光得到的透射光束入射到透鏡(5)上形成平行光束后照射在待測件反光鏡(6)，待測件反光鏡(6)安裝在待測件上，經待測件反光鏡
(6)反射的回波光束再次經過透鏡(5)恢復成匯聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)將入射的匯聚光束分光成兩路分別是透射光束和反射光束，將透鏡(5)恢復成匯聚光束后照射到分束器(4)上分光得到的透射光束舍棄，將透鏡(5)恢復成匯聚光束后照射到分束器(4)上分光得到的反射光束照射到CXD(7)上，在控制器(3)的同步控制模塊發(fā)射的同步時鐘信號控制下CCD (7)采集分束器(4)上分光得到的反射光束，形成回波信號，強度關聯(lián)計算模塊(8)記錄該回波信號；
[0009]強度關聯(lián)計算模塊(8)將儲存的光場調制矩陣和記錄的回波信號進行二階強度關聯(lián)計算，得到關聯(lián)結果。
[0010]所述光場調制矩陣為Hadamard矩陣，Hadamard矩陣編碼原則為Hadamard矩陣行與行、列與列之間滿足正交歸一關系H*HT= I，I為對角單位矩陣，其每一行(或列)元素之和相等，將該光場調制矩陣加載到數(shù)字微鏡陣列DMD(2)上，使多個微鏡陣列發(fā)生不同角度的翻轉，微鏡陣列反射光源(I)照射的光束形成調制光場，用來模擬熱光源。
[0011]所述數(shù)字微鏡陣列DMD(2)放置于透鏡(5)的焦平面上。
[0012]所述步驟(5)的小角度轉動范圍為-50角秒至50角秒。
[0013]—種計算強度關聯(lián)成像自準直儀的測量方法，步驟如下:
[0014](I)數(shù)字微鏡陣列DMD⑵包括多個微鏡陣列，光源⑴照射在數(shù)字微鏡陣列DMD (2)的多個微鏡陣列上，控制器(3)的光源調制模塊產生光場調制矩陣，將光場調制矩陣存至強度關聯(lián)計算模塊(8)，并將該光場調制矩陣加載到數(shù)字微鏡陣列DMD (2)上，使多個微鏡陣列發(fā)生不同角度的翻轉，微鏡陣列反射光源(I)照射的光束形成調制光場，在控制器(3)的同步控制模塊發(fā)射的同步時鐘信號控制下，將該調制光場入射至分束器(4);
[0015](2)控制器(3)的同步控制模塊用于發(fā)射同步時鐘信號，作用到數(shù)字微鏡陣列DMD(2)和CCD(7)上，控制數(shù)字微鏡陣列DMD(2)和CCD(7)同時發(fā)射和采集信號；
[0016](3)分束器(4)將入射的調制光場分成兩路分別是透射光束和反射光束，將分束器(4)分光后的反射光束舍棄，將分束器(4)分光后的透射光束入射到透鏡上形成平行光束后照射在待測件反光鏡(6)，待測件反光鏡(6)安裝在待測件上；
[0017](4)經待測件反光鏡(6)反射的回波光束再次經過透鏡(5)恢復成匯聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)將入射的匯聚光束分成兩路分別是透射光束和反射光束，將透鏡(5)恢復成匯聚光束后照射到分束器(4)上分光得到的透射光束舍棄，將透鏡(5)恢復成匯聚光束后照射到分束器(4)上分光得到的反射光束反射后照射到CCD (7)上，形成第一回波信號，強度關聯(lián)計算模塊(8)記錄該第一回波信號。
[0018](5)將待測件反光鏡(6)小角度轉動一次，返回步驟(4)，照射到CCD(7)上的回波信號也會發(fā)生一定程度的移動，形成第二回波信號；
[0019](6)強度關聯(lián)計算模塊⑶將儲存的光場調制矩陣和步驟⑷記錄的第一回波信號，進行二階強度關聯(lián)計算，得到第一關聯(lián)結果。
[0020](7)強度關聯(lián)計算模塊⑶將儲存的光場調制矩陣和步驟(5)記錄的第二回波信號，進行二階強度關聯(lián)計算，得到第二關聯(lián)結果。
[0021](8)通過步驟(6)第一關聯(lián)結果和步驟(7)第二關聯(lián)結果的差值，間接計算出待測件反光鏡出)的轉動角度。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，總結歸納本發(fā)明具有以下幾個優(yōu)點:
[0023](I)本發(fā)明在傳統(tǒng)自準直儀基礎上，用數(shù)字微鏡陣列代替了傳統(tǒng)自準直儀光源，在部件上沒有大的改動，在最后數(shù)據(jù)采集和處理方面增加了二階強度關聯(lián)計算和圖像處理，這兩部分也可以集成到傳統(tǒng)自準直儀數(shù)據(jù)處理里面，完全保持了原自準直儀的光學系統(tǒng)和整體外觀，在工程實現(xiàn)上較為容易。
[0024](2)本發(fā)明將量子成像技術中的計算強度關聯(lián)成像方法引入自準直儀的設計中，強度關聯(lián)成像方法計算的是強度漲落，跟傳統(tǒng)自準直儀測量原理完全不同，能有效減小空氣擾動等因素引起的測量誤差，提尚系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。
[0025](3)本發(fā)明與傳統(tǒng)自準直儀相比，圖像處理簡單，控制電路少，可以在一定程度上降低電路引起的示值跳變；另一方面，成像算法是二階強度關聯(lián)計算，算法本身也能有效降低大氣擾動影響，因此誤差更小且示值更穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合附圖對本發(fā)明的一種計算強度關聯(lián)成像自準直儀及測量方法做進一步詳細的說明。
[0028]如圖1所示，圖中:1、光源；2、DMD ;3、控制器；4、分束器；5、透鏡；6、待測件反光鏡；7、CXD ;8、強度關聯(lián)計算模塊。
[0029]—種計算強度關聯(lián)成像自準直儀，包括:光源1、數(shù)字微鏡陣列DMD2、控制器3、分束器4、透鏡5、待測件反光鏡6、CCD7、強度關聯(lián)計算模塊8 ;控制器3包括光源調制模塊和同步控制模塊；
[0030]數(shù)字微鏡陣列DMD2包括多個微鏡陣列，每一個微鏡陣列都可以向+12°和-12°兩個方向任意翻轉，光源I照射在數(shù)字微鏡陣列DMD2的微鏡陣列上，控制器3的光源調制模塊產生光場調制矩陣，將光場調制矩陣存至強度關聯(lián)計算模塊8，并將該光場調制矩陣加載到數(shù)字微鏡陣列DMD2上，控制多個微鏡陣列各自按+12°和-12°兩個方向發(fā)生翻轉，多個微鏡陣列反射光源I照射的光束形成調制光場，將該調制光場入射至分束器4 ;
[0031]控制器3的同步控制模塊用于發(fā)射同步時鐘信號，作用到數(shù)字微鏡陣列DMD2和(XD7上，控制數(shù)字微鏡陣列DMD2和(XD7同時發(fā)射和采集信號；由于(XD7積分時間遠遠大于光場傳播時間，且同步觸發(fā)信號時間間隔要遠遠大于CCD7積分時間，因此可以認為強度關聯(lián)計算模塊8記錄的光場調制矩陣和CCD7接收到的回波信號是同一光場調制信號；
[0032]分束器4將入射的調制光場分光成兩路，分別是透射光束和反射光束，將分束器4分光后的反射光束舍棄，將分束器4分光后的透射光束入射到透鏡5上，數(shù)字微鏡陣列DMD2放置于透鏡5的焦平面上，經過透鏡5的透射光束形成平行光束，照射在待測件反光鏡6，待測件反光鏡6安裝在待測件上，如果待測件發(fā)生翻轉，待測件反光鏡就會跟著翻轉；經待測件反光鏡6反射的回波光束再次經過透鏡5恢復成匯聚光束，并照射到分束器4上，分束器4將入射的匯聚光束分成兩路分別是透射光束和反射光束，將透鏡5恢復成匯聚光束后照射到分束器4上分光得到的透射光束舍棄，將透鏡5恢復成匯聚光束后照射到分束器4上分光得到的反射光束反射后照射到CCD7上，形成回波信號，強度關聯(lián)計算模塊8記錄該回波信號；
[0033]強度關聯(lián)計算模塊8將儲存的光場調制矩陣和記錄的回波信號進行強度關聯(lián)計算，得到關聯(lián)結果。
[0034]所述光場調制矩陣為Had