基于正交条纹反射膜基反射镜三维面形测量

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2、签名：导师签名：日期：基于正交条纹反射的膜基反射镜三维面形测量中文摘要随着空间技术的发展，要求空间光学系统具有高分辨率、宽视场覆盖等性能。膜基反射镜以柔性薄膜材料为基胚，具有可折叠与展开、重量轻以及成本低等特点，与传统反射镜相比具有明显的优势，可望用作空间光学元件。目前，对膜基反射镜研究较多的是其成形控制机理，而对其面形检测的研究仍处于探索阶段，尚未找到有效、高精度的检测方法。本文基于条纹反射技术，利用正交复合条纹进行投影，通过CCD采集经待测反射镜反射而变形的条纹，由此计算条纹的相位变化，进而重构膜基反射镜三维面形。本文首先详细阐述了使用条纹反射技术测量膜基反射镜面形的基本原理，构建了测

3、量系统，建立了条纹相位变化与反射镜面形的数学关系模型。提出采用正交复合条纹反射测量反射镜面形，利用傅里叶变换法提取条纹相位信息，由此重构待测反射镜面形只需采集两幅条纹图，与一维条纹傅里叶变换法需采集4幅条纹以及四步相移法需采集16幅条纹相比，极大地减少实验所需采集条纹的幅数，提高了测量的便捷性。随后，对多种相位展开算法进行了详细讨论，分析比较了它们各自的特点，模拟了多种算法对含噪声包裹相位图的相位展开。同时还分析了CCD相机的成像模型和基于二维平面靶标的摄像机标定方法，并进行了标定实验，得到了摄像机系统的内外参数，并对CCD采集的图像进行了矫正。最后，搭建实验测量系统，对口径为lOOmm的

4、玻璃基底凹球面反射镜进行了面形测量，并与三坐标机的测量结果进行了比较，由此验证了测量系统的可行性。在此基础上对口径100mm的膜基反射镜面形进行了测量。对系统在理想状态下的理论测量精度进行了计算，对算法误差和系统调节误差进行了估算，对光学成像误差、系统标定误差以及噪声误差等因素对测量精度的影响进行了分析。本文工作为进一步研究膜基反射镜的面形检测提供了理论和技术基础。关键字：膜基反射镜，三维面形，正交条纹反射，傅里叶变换，相位展开作者：谢佩指导教师：唐敏学Three—-dimensionalshapemeasurementofmembranemirrorbasedorthogonalfrin

5、greflectionmlrrorase0nortttogonallringerelleCtlonAbstractWiththedevelopmentofspacetechnology，thespaceopticalsystemisrequiredtowiththecharacteristicsofhighresolution，widefieldofviewandetc．Comparedwithtraditionalmirrors，themembranemirrormadeofflexiblefilmmaterialhastheadvantagesoffoldedorunfolded，li

6、ghtweight，lowcostandetc，anditisprospectedtobeusedaslargeaperturespaceopticalelement．Atpresent，mostresearchesarefocusedonthefigurationprincipleandtechnologyofmembranemirror．Itseffectiveandhigh—precisionshapedetectionmethodisstillatanexploratorystage．Inthispaper,basedonthefringereflectiontechnology,

7、thedeformedorthogonalfringesreflectedbYthemirrorundertestingarecapturedbyaCCDcamera，andthentheshapeofthemembranemirrorcanbereconstructedbycalculatingthephasechangesofthefringes．Theprincipleofthemembranemirrorshap