【摘 要】
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MEMS（微机电系统）面内运动测量技术用于表征器件在二维运动过程中的瞬时状态,并记录其在运动过程中的变化细节,对于MEMS器件的设计开发以及生产制造都具有重要意义。MEMS面内运动具有幅度小,频率高的特点,因此传统的显微视觉方法难以应对MEMS的动态特性测量。本论文在前人研究的基础上,设计实现了一套MEMS器件面内微运动图像采样系统,并基于机器视觉技术中的光流法对MEMS面内微运动特性进行了分析研
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MEMS（微机电系统）面内运动测量技术用于表征器件在二维运动过程中的瞬时状态,并记录其在运动过程中的变化细节,对于MEMS器件的设计开发以及生产制造都具有重要意义。MEMS面内运动具有幅度小,频率高的特点,因此传统的显微视觉方法难以应对MEMS的动态特性测量。本论文在前人研究的基础上,设计实现了一套MEMS器件面内微运动图像采样系统,并基于机器视觉技术中的光流法对MEMS面内微运动特性进行了分析研究。为了获取MEMS面内运动过程中的动态图像,搭建了一个基于频闪成像原理的面内微运动图像采样系统,该系统通过FPGA的锁相环产生相机外触发和频闪光源两路时钟同步驱动脉冲（纳秒精度）,对谐振状态下的MEMS器件面内运动过程进行图像采样。同时基于MFC类库实现了上位PC机控制界面的开发,完成了基于相机API函数的二次开发和基于Socket的TCP/IP通信。理论分析表明,该MEMS器件面内运动测量系统可以测量的最高频率为500k Hz。通过所搭建的面内微运动图像采样系统获取了高速MEMS器件的面内运动图像序列,采用光流法对器件的面内运动过程进行测量分析。在图像灰度值动态范围大且纹理细节丰富的条件下提出了前后帧角点对比约束光流法,通过角点比对去除错误光流匹配,提高了测量结果的准确度。针对部分MEMS器件结构简单、灰度值变化范围小所导致难以提取特征点的图像序列,提出了基于Canny边缘检测的Lucas-Kanade改进光流法,对图像序列进行Canny边缘检测后,引入Shi-Tomasi角点和LK光流追踪的方法进行运动分析,最终获取器件的幅相信息参数。使用提出的两种方法分别进行了微动位移台平移测量和针对MEMS微陀螺仪器件的实验测量,获得了器件在面内运动过程中的振动轨迹及拟合曲线,实现了MEMS器件面内运动的精确测量。
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