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微结构平面旋转运动角度测量的研究

李晓俊  
【摘要】: 微机电系统(MEMS)近几年得到了快速的发展并已步入产业化阶段。在MEMS的产业化进程中,测试技术越来越得到国内外许多MEMS研究机构的重视,其中MEMS动态特性测试技术在MEMS研发和产业化过程中具有重要的意义。 目前微结构平面运动测试方法在平移测量已趋于成熟,而在角度测量方面却很少涉足,目前还仅有几种方法,而且分辨率不够。本文对相位相关结合Radon变换求取相关函数的方法,基于Hough变换和直线边缘提取技术角度测量方法,以及基于区域质心不变性方法进行了深入的研究,并最终得出相位相关法不适合角度测量,而直线边缘提取求取斜率方法和区域质心不变性方法都能很好的实现角度测量,并实现了很高的分辨率。论文的主要工作包括以下几个方面: 1.对相位相关方法和Radon变换进行研究,提出结合相位相关及Radon变的技术的角度测量方法。通过Radon变换,将MEMS图像从空间坐标转换到极坐标???下,角度的变化在极坐标下表现为图像在?方向上的平移。将极坐标下的两幅图像在进行相位相关计算,得出在?方向上的平移量,即图像的旋转量。 2.对基于Hough变换及直线边缘提取技术的角度测量方法进行了研究和实现,研究该方法是否适应于MEMS器件角度测量。通过边缘检测技术得到图像的边缘直线特征,并且运用二次多项式对边缘进行插值,得到定位于亚像素的直线特征,Hough变换精确的得到在一条直线上所有的边缘点,并得到相应参数。通过参考图像和待测图像的比较,得出图像的旋转量。 3.通过区域质心不变性的原理,本文提出了一种适应于MEMS器件的角度测量方法。利用MEMS加工所遗留下的一些特殊结构,获取两个(或多个)背景平滑稳定,具有独立目标的特征区域。滤除背景及噪声,计算两个目标结构的质心,通过两个质心点连线的旋转角度来表征图像的旋转量。 4.对各种旋转角度测量方法测量误差的产生原因进行了相应的理论分析和实验研究,提出了相应的措施来消除和抑制误差,提高测量精度。


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