近日，複旦大學信息學院張祥朝教授團隊提出多傳(chuan) 感器嚴(yan) 格約束的偏折測量技術，通過基於(yu) 貝葉斯多傳(chuan) 感融合的形位測量算法，為(wei) 共體(ti) 光學元件的形位一體(ti) 化測量提供了完整、可靠的方案。相關(guan) 研究成果以“Deterministic form-position deflectometric measurement of monolithic multi-freeform optical structures via Bayesian multisensor fusion”為(wei) 題在國際著名期刊Light: Advanced Manufacturing上。

研究團隊設計了一種多傳(chuan) 感融合的偏折測量係統，通過多傳(chuan) 感器測量精度與(yu) 靈敏度的互補特性，為(wei) 偏折測量的光線追跡模型提供了剛性約束，從(cong) 而降低傳(chuan) 統偏折測量絕對定位的不確定度。基於(yu) 所設計的多傳(chuan) 感測量係統，提出了一種全概率偏折測量模型，將傳(chuan) 統的測量過程轉化為(wei) 基於(yu) 多源觀測數據的貝葉斯估計問題，通過使觀測似然最大化以實現被測元件的形位測量。在假設測量噪聲服從(cong) 高斯分布的條件下，該過程被進一步轉化為(wei) 圖優(you) 化問題，通過不確定度的傳(chuan) 遞和更新指導測量過程，充分利用多傳(chuan) 感信息，基本原理如圖1所示。

圖1 多傳(chuan) 感形位偏折測量流程圖

構建了偏折測量完整的不確定度傳(chuan) 遞鏈，通過實際測試與(yu) 標定先驗計算各參數的噪聲分布，並通過蒙特卡洛法將參數噪聲傳(chuan) 遞至測量模型，通過數值計算即可快速、全麵地評估實際係統在特定任務中的測量不確定度。其中，相機噪聲在測量過程中的傳(chuan) 遞與(yu) 計算過程如圖2所示。

圖2 偏折係統不確定性建模。(a)係統配置，(b)強度，(c)相位，(d)逆向追跡的屏幕像素，以及它們(men) 對應的噪聲分布(e)-(g)

多傳(chuan) 感偏折測量係統動態範圍大、精度高、抗幹擾能力強和設計靈活等優(you) 點，契合原位測量場景。該係統可直接集成於(yu) 單點金剛石車床的氣浮主軸上，在線檢測加工過程，避免了加工過程中在機床和測量設備間反複搬運裝調工件，從(cong) 而提升加工效率。此外，機床自帶的高精度軸係又為(wei) 多傳(chuan) 感偏折係統提供了更多的運動自由度，可進一步提高該方法的形位測量能力。

該論文由複旦大學信息學院博士生郎威為(wei) 論文的第一作者，信息學院光科學與(yu) 工程係張祥朝教授為(wei) 論文的通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金的資助。