滚转角的测量广泛应用于数字机床、导弹、船舰、飞机等领域,如确定机床转轴的旋转角度,确定弹体或者飞机的空间位置等。目前,滚转角测量存在精度低、实时性较差的问题,因此,高精度、实时测量是应用中亟待解决的关键问题。在众多的滚转角测量方法中,光学测量方法由于具有非接触性和测量精度高的显著优势,近几年逐渐成为研究热点。本文重点研究了基于Talbot-Moiré效应的滚转角测量方法,并研制了滚转角测量的实验样机,用于验证所提出的测量方法,同时对高精度、实时测量进行了实验研究。基于Talbot-Moiré效应的滚转角测量思想是将滚转角的变化转化成莫尔条纹间距的变化,然后通过图像采集设备获取莫尔条纹图像,再通过图像处理的方法求出莫尔条纹的间距,即可求出滚转角。本文主要研究内容如下:(1)在深入分析基于Talbot-Moiré效应的莫尔条纹形成原理和特点的基础上,提出滚转角的测量方法及验证方案。(2)针对目前所采用的莫尔条纹图像处理算法复杂的问题,在深入研究莫尔条纹图像特点的基础上,提出了图像抽样的方法,通过选取图像中能够清晰表征莫尔条纹特点的部分图像进行处理,减少了图像处理的运算量。针对直线拟合选点难的问题,提出了条纹边界线搜索法,提高了选点速度,简化了算法。(3)针对莫尔条纹的图像处理方法实时性差的问题,为提高运行速度,并使操作简单快捷,设计了可视化的客户端软件,采用C语言编写了图像处理程序,实现了莫尔条纹的实时处理、滚转角及中间运算结果的实时显示,为移植到各类嵌入式系统奠定了基础。系统测试结果表明,滚转角测量误差小于90角秒;基于C语言的实时测量时间小于500毫秒;基于Python语言的实时测量时间小于200毫秒。实验结果表明,所提出的测量方法具有较高的精度,测量时间可以满足实时测量的要求。