A dual-frequency digital Moiré measurement method (DFDM) is proposed for the three-dimensional (3D) shape measurement of an object. The high- and low-frequency fringes are modulated separately along orthogonal direction using different carrier frequencies before being projected onto the measured object. After collecting and demodulating the composite fringe, the digital π phase shift is used to remove the DC component of the demodulated fringes, resulting in high-precision Moiré fringes for calculating the wrapped phase. The unwrapping of the high-frequency wrapped phase is guided by the low-frequency phase to further realistically reconstruct the surface of the measured object. When compared with existing single-shot digital Moiré profilometry, DFDM effectively removes the DC component of the fringe and calculates the phase more accurately.A dual-frequency digital Moiré measurement method (DFDM) is proposed for the three-dimensional (3D) shape measurement of an object. The high- and low-frequency fringes are modulated separately along orthogonal direction using different carrier frequencies before being projected onto the measured object. After collecting and demodulating the composite fringe, the digital π phase shift is used to remove the DC component of the demodulated fringes, resulting in high-precision Moiré fringes for calculating the wrapped phase. The unwrapping of the high-frequency wrapped phase is guided by the low-frequency phase to further realistically reconstruct the surface of the measured object. When compared with existing single-shot digital Moiré profilometry, DFDM effectively removes the DC component of the fringe and calculates the phase more accurately.

柱透镜式裸眼3D显示系统近年来在各个领域发展迅速。为了进一步解决柱透镜式裸眼3D串扰问题, 提出一种通过平移LCD图像面板上的像素位置, 并减小像素间隔和调整柱透镜倾斜角度来降低柱透镜光栅自由立体显示器相邻视点间串扰的方法。针对双视点柱透镜式裸眼3D显示系统分析其串扰原因, 计算了柱透镜厚度、节距、焦距以及曲率半径等参数, 分析了LCD图像面板像素位置、柱透镜倾斜角度、像素间隔与串扰面积及莫尔条纹厚度之间的关系, 在保证莫尔条纹厚度不变的情况下降低了视区边缘最大串扰度。采用Lighttools软件对上述方法进行仿真, 对像素数为120×60的局部区域进行模拟, 结果显示改进前后视区边缘最大串扰度由50%降低至30%, 最佳视点串扰度由0.93%降低至0.32%, 且最佳视点区域扩展了±15mm, 对降低柱透镜式裸眼3D串扰具有借鉴意义。

为了满足基于泰伯-莫尔条纹长焦距测量技术在测量激光材料热效应等效热焦距时对测量速度的需求，提出了一种莫尔条纹倾角快速求解算法。在对传统频域迭代法测量速度影响因素分析基础上，基于迭代运算坐标值相似性和离散傅里叶变换可分离性，将频谱值求解过程中包含小数值的坐标点进行公共项分离,公共部分采用傅里叶变换指数项进行滤波，不同部分在提取相似项的基础上进行组合运算，将2维条纹图像傅里叶变换降为1维进行处理；同时相关指数项被限定在极小的可知范围，极大地方便了查表运算和位运算的采用。结果表明，采用相同配置计算机，在保证测量精度的前提下，将完成一次测量的测量时间从15s降低到0.4s，测量速度提高了38倍。该算法很好地满足了激光材料热效应等效热焦距参量快速测量的应用需求。

针对叠栅条纹图像在精密测量方面的应用需求,提出了一种基于图像局部自相似性和去块效应后处理的超分辨率算法。该算法利用叠栅条纹图像的局部自相似性,首先对原始低分辨率条纹图像插值,得到初始高分辨率图像,然后寻找各高分辨率图像块对应的低分辨率最优匹配块,从高、低分辨率图像块对中提取先验知识,完成单帧图像的超分辨率重建。本文算法对图像进行了块操作,在重建结果中引入了块效应。针对该问题,同时提出了一种能够快速消除块效应的后处理算法。结果表明,将本文两种算法结合使用,能够有效提高图像质量,同时消除重建图像中块效应的影响。本文算法不需要借助外部图像,计算复杂度低,适用于叠栅条纹图像超分辨率重建。

基于莫尔测量法,提出一种装置简单、测量精度较高的光栅常数测定方法。分别选取光栅常数为0.05 mm和0.02 mm的标准光栅与相应的待测光栅进行实验,获取了-1级、0级、+1级三个级次的大光强、高对比度莫尔条纹,并计算出待测光栅的光栅常数及其误差。研究结果表明,随着标准光栅和待测光栅之间夹角的增大,误差有增大的趋势。

为了满足100m~3km特长焦距参量的测试校准需求, 采用Talbot-Moiré条纹技术法, 设计了一套长焦测焦仪。针对影响仪器测量不确定度的系统参量, 分别设计了校准方法, 并对仪器测量不确定度评定结果进行了实验比对验证。结果表明, 校准后仪器测量不确定度评定为6.4%; 校准后的长焦测焦仪测量结果与刀口仪测量结果满足测量不确定度比对公式; 对比结果最大为0.64, 小于1; 长焦测焦仪测量不确定度评定合理。该研究验证了长焦测焦仪系统参量校准方法的可行性。

为适应微电子制造装备中精密位移反馈装置的要求, 提出并设计了一种新型宏微复合光栅尺测量系统.测量系统采用LabVIEW虚拟仪器系统高速采集图像数据, 通过图像处理算法对放大后的光栅栅纹进行边界处理, 将其细化为线再转化为像素点, 并补偿运动过程中的微量位移来提高精度.实验结果表明：电机速度为1 mm/s, 行程为100 mm内时, 该系统产生的位移误差可控制在1.5 μm内, 分辨率可达0.275 μm.与传统光栅尺测量中需对莫尔条纹进行电子细分相比, 本测量系统可以有效消除光栅尺破损、污染、倾斜、光源不稳定等干扰给测量带来的影响, 同时保持微米级别的测量精度, 特别适用于敞开式光栅尺长行程的测量领域.

为了精确测量激光波前曲率半径,提出了基于泰伯-莫尔条纹技术的波前曲率半径测量方法,建立了激光波前曲率半径测量理论分析模型。对波前曲率半径与莫尔条纹倾角的关系、系统测量不确定度进行了分析,完成了激光波前曲率半径测量系统的设计,构建了测量系统,并对口径为200mm的激光发射系统的出射波前曲率半径进行了测量。结果表明,测量结果为498m时,测量重复性为0.2%,根据测量结果推算光束束腰位置与实际位置相对偏差为0.4%;并根据500m~3000m的测量结果对激光发射系统中出射波前曲率半径、物镜焦距、目镜位置等参量进行了校准,校准完成后与理论值的最大偏差为2%。该方法能够实现大口径激光发射系统出射波前曲率半径的高精度测量。

研究了方形孔径平面微透镜阵列和微图形阵列的叠栅条纹的傅里叶原理。方形孔径平面微透镜阵列可视为正交的二维栅格线簇, 以一维光栅叠栅条纹的傅里叶变换原理为基础, 推导了方形孔径平面微透镜阵列二维叠栅条纹的傅里叶变换解析式, 对低频(1, -1)级叠栅条纹进行详细讨论。同时对不同夹角下叠栅条纹的周期和同步性进行重点研究, 并采用不同结构参数的二维栅格模板与微图形阵列进行实验,结果表明：实验值和理论值相吻合, 研究结果为方形孔径平面微透镜阵列的应用与研究提供了理论基础。