自上世纪五十年代以来,随着光栅刻划技术和电子技术,以及计算机技术的发展,计量光栅技术已成为一种专门的技术并得到了迅速发展。目前,光栅测量系统已广泛应用于工业生产和国防等诸多领域。然而随着计量测试技术的发展和实际应用要求的不断提高,更高分辨率和更简便易行的光电位移精密测量装置有了新的市场需求,光栅计量技术也需适应市场要求而需不断发展。诸如CMOS光电转换器件的电子目镜和计算机图像处理技术的出现,为光栅计量技术开辟了一条新的途径。 本课题在现有的光栅计量基础上提出了一种全新的测量技术方案:结合现有的光栅计量技术,以电子目镜(核心元件为CMOS图像传感器)作为光电转换器件应用于长度测量系统,并采用计算机图像处理技术对测量的光栅图像进行数字化细分,以达到较高的系统分辨率及测量精度,并且使测量数据的处理、保存和传输更加简便。 本论文分四个部分详细介绍了课题的研究内容。第一部分结合光栅计量技术的发展概况阐述了课题的研究背景。第二部分介绍了系统的硬件组成。对系统的关键性部件如照明系统、光栅、物镜和电子目镜的选用以及它们对系统性能的影响进行了分析。第三部分说明了系统的软件设计。对系统图像处理的各个部分的实现方法进行了讨论,提出了采用直方图聚类分析的创新方法,通过软件细分,来获取光栅图像的参数信息和位移信息,提高了系统图像处理的精度。第四部分通过实验测试了整个系统的工作特性,并进行了误差分析和系统性能的综合评价。最后论文在总结研究工作的基础上,对实验中存在的问题以及影响分辨率和精度的诸多因素做了一些探讨,以供进一步研究参考。