本文關(guān)鍵詞：基于亞像素定位匹配算法的MEMS面內(nèi)運(yùn)動測量

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【摘要】：目前,MEMS技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了我們生活的方方面面,其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在有序推進(jìn),其中MEMS動態(tài)機(jī)械性能的測量占據(jù)著非常重要的地位。MEMS具有元件尺寸小、運(yùn)動幅度小和響應(yīng)頻率高的“兩小一高”的特點。傳統(tǒng)的顯微測量方法如電子掃描顯微鏡和原子力顯微鏡等都只能測量MEMS的靜態(tài)形貌,對于動態(tài)機(jī)械性能的測量顯得無能為力。本論文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上,從原理、選材到搭建,設(shè)計了一套用于MEMS三維動態(tài)機(jī)械性能測量的系統(tǒng),并用于微結(jié)構(gòu)面內(nèi)運(yùn)動的測量。為了解決元件尺寸小、運(yùn)動幅度小的難題,論文提出基于科勒照明和Linnik干涉儀的顯微視覺干涉系統(tǒng)。系統(tǒng)分析了共光路照明技術(shù)、有限遠(yuǎn)和無限遠(yuǎn)顯微視覺技術(shù)以及干涉儀調(diào)整技術(shù)等,從而為光學(xué)器件的選擇提供了依據(jù)。為了解決響應(yīng)頻率高的難題,根據(jù)頻閃顯微視覺和頻閃顯微干涉的時序要求,設(shè)計了基于MCU和FPGA的動態(tài)測量同步控制系統(tǒng)。系統(tǒng)控制聲光調(diào)制器實現(xiàn)激光頻閃、相機(jī)的拍照時機(jī)以及微動平移臺的五步相移。論文同時設(shè)計了基于MFC的上位機(jī)和面內(nèi)運(yùn)動測量算法。上位機(jī)實現(xiàn)為系統(tǒng)提供操作界面,完成控制數(shù)據(jù)輸入和圖像采集、處理的功能。對于MEMS的面內(nèi)運(yùn)動測量,首先介紹了模板提取算法,然后介紹了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差相關(guān)法實現(xiàn)像素定位,亞像素步長相關(guān)法和二次曲面擬合法實現(xiàn)亞像素定位,最后介紹了序貫相似性檢測策略和單純形搜索法,加快定位過程。實驗中采用自主設(shè)計的MEMS三維動態(tài)測量系統(tǒng),測量微動平移臺驅(qū)動的微結(jié)構(gòu)面內(nèi)運(yùn)動。理論分析表明,該系統(tǒng)采用頻閃測量可實現(xiàn)的最大頻率為500KHz。采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差相關(guān)法驗證像素定位,采用二次曲面擬合算法驗證亞像素定位。實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠完成微結(jié)構(gòu)面內(nèi)運(yùn)動的測量。進(jìn)一步計算可得,系統(tǒng)可測量的運(yùn)動范圍是155.14μm,測量精度48.5nm。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 頻閃顯微視覺 頻閃顯微干涉 同步控制 亞像素定位
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP391.41;TH-39
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 課題背景和意義9-10
• 1.2 MEMS動態(tài)測量技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢10-14
• 1.3 本論文研究工作、結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新點14-15
• 第二章 MEMS動態(tài)測量光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)15-24
• 2.1 光學(xué)系統(tǒng)主要組成部件的原理15-20
• 2.1.1 激光頻閃調(diào)制的原理15-16
• 2.1.2 顯微照明系統(tǒng)的原理16-17
• 2.1.3 顯微視覺系統(tǒng)的原理17-19
• 2.1.4 顯微干涉系統(tǒng)的原理19-20
• 2.2 光學(xué)系統(tǒng)的硬件設(shè)計20-22
• 2.3 光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)22-23
• 2.4 小結(jié)23-24
• 第三章 MEMS三維動態(tài)測量同步控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)24-41
• 3.1 頻閃顯微視覺和干涉的時序要求24-27
• 3.1.1 頻閃顯微視覺的時序要求24-25
• 3.1.2 頻閃顯微干涉的時序要求25-27
• 3.2 同步控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計27-36
• 3.2.1 計算機(jī)與MCU之間USB通信的實現(xiàn)28-29
• 3.2.2 FPGA控制邏輯的設(shè)計29-32
• 3.2.3 千兆網(wǎng)相機(jī)接口的設(shè)計32-33
• 3.2.4 壓電陶瓷驅(qū)動微動平移臺33-34
• 3.2.5 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計34-36
• 3.3 同步控制系統(tǒng)的流程設(shè)計36-38
• 3.4 同步控制系統(tǒng)的參數(shù)分析38
• 3.5 同步控制系統(tǒng)的實驗測試38-40
• 3.6 小結(jié)40-41
• 第四章 MEMS三維動態(tài)測量系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)41-46
• 4.1 測量系統(tǒng)上位機(jī)主框架的設(shè)計41-42
• 4.2 USB通信的上位機(jī)設(shè)計42-43
• 4.3 千兆網(wǎng)相機(jī)的上位機(jī)設(shè)計43-44
• 4.4 小結(jié)44-46
• 第五章 面內(nèi)測量算法的研究46-60
• 5.1 位圖的基本格式46-47
• 5.2 位圖的預(yù)處理47
• 5.3 特征模板提取算法47-50
• 5.3.1 圖像的二值化算法48-49
• 5.3.2 圖像的邊緣提取算法49-50
• 5.3.3 特征模板提取算法50
• 5.4 圖像的模板匹配算法50-56
• 5.4.1 標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差相關(guān)法50-51
• 5.4.2 序貫相似性檢測算法51-52
• 5.4.3 亞像素步長相關(guān)法52-54
• 5.4.4 單純形搜索法54
• 5.4.5 相關(guān)函數(shù)的二次曲面擬合算法54-56
• 5.5 MEMS面內(nèi)運(yùn)動測量算法的流程設(shè)計56
• 5.6 MEMS面內(nèi)運(yùn)動測量算法的實驗測試56-59
• 5.7 小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明67-68
• 致謝68-69

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王洪樂;基于像素環(huán)形均值與局部二值融合的手背靜脈識別研究[D];鄭州大學(xué);2016年

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本文編號：820873