基于分形的MEMS动态测量理论及方法研究

MEMS的动态特性决定了MEMS器件的基本性能，其测试技术得到国内外高度重视，在众多方法中基于微视觉的技术因能实现高速高精度测量而备受关注，图像分析理论与方法的研究就是基于微视觉的测量技术核心，而图像相关性研究是提高测试速度和精度的关键。分形因具有自相似这一重要特征在充分利用图像相关性方面独具潜力,但目前在MEMS测量中分形仅用于表面形貌的分析。本项目从分形理论出发研究基于图像序列的MEMS动态测试理论，利用数字散斑图的分形特性进行面内位移测量，提高测试速度，利用分形插值法提高测试精度，满足面内纳米精度运动的实时测量要求；利用图像边缘的分形特征，提出MEMS离面位移和角度测试的分形测量算法，实现离面位移测试和角度定位；最后，集成阶段性成果，设计一种基于分形理论的MEMS器件面内和离面运动动态测量系统，并对系统的性能进行建模分析与评价。

MEMS的动态特性决定了MEMS器件的基本性能，其测试理论方法和方法研究具有重要意义。本项目针对MEMS面内位移、振幅、离面位移这几个通用的动态特性参数，在对分形理论进行充分研究的基础上，提出了基于视觉的亚像素级的系列测试方法。项目首先对分形理论进行了深入研究，提出了一种新的分形维数计算法最优盒计数法，为实现基于分形理论的图像测量方法研究奠定了坚实的基础；针对MEMS面内位移的测量需求，提出了基于分形和SVD的MEMS面内位移测量方法；针对MEMS谐振器振幅的测量，提出混合分形插值和小波变换与模糊图像相关的MEMS振幅测量方法；针对MEMS离面位移测量，提出结合频闪显微干涉技术与分形的MEMS离面位移测量方法。经验证，项目提出的测试理论与方法可获得亚像素精度的测试结果，达到当前MEMS测试的国际报道水平。项目按照计划开展工作，并在微机电器件、图像处理相关技术的研究方面进行了积极拓展，取得了一些有意义的研究成果和科技奖励，本项目的开展具有现实的理论意义和应用价值。