计量光栅可变步长实时扫描定位FPGA实现

设计一种用现场可编程逻辑门阵列FPGA实现光栅可变步长扫描实时定位控制的方法;实现在扫描台连续运动的过程中,实时同步定位触发控制。用D触发器实现对光栅信号边沿提取进而实现光栅信号细分辨向电路,在此基础上实现可变步长实时扫描控制的方案。以Verilog HDL硬件描述语言为平台实现了该电路方案。该系统可用于扫描测量控制,可变步长定位控制。

多脉冲激光能量探测的同步时序控制系统设计与实现

设计了一种同步时序控制系统,可实现脉冲激光能量探测过程的自动化开关控制,并保证每次测量过程中参与积分的激光脉冲数目相同。设计了激光脉冲计数电路,结合锁存器、比较器产生预置脉冲频率的启动测量信号,将其输入到所设计的基于D触发器的同步时序控制电路中,获得该脉冲频率的同步控制信号,即可实现脉冲激光能量探测过程的同步自动化控制。通过同步控制过程分析验证了该系统的可行性,可满足脉冲激光能量探测的控制需求。

应用于民航机场风切变探测与预警的三维激光测风雷达

针对民航机场风切变探测与预警,研制了一种三维激光测风雷达,采用全光纤脉冲相干探测体制,结合独特的二维光电扫描球结构,以及新的下滑道扫描策略,以实现下滑道迎头风与侧风切变的同时测量.2018年3月至11月,利用该雷达在多种工作模式下对攀枝花机场上空及周边大气风场与风切变进行了探测试验.在3月至5月大风季节期间,机组报告的风切变均成功被雷达探测.对一次典型个例进行分析,验证了所研制的三维激光测风雷达在地理气候复杂的高原机场风切变探测的有效性.

同步扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法

基于三角法的结构光三维测量技术具有较高的精度,但投影光轴和观察光轴之间的夹角在测量过程中可能产生遮挡和阴影,需要通过两次或多次不同方向的测量和拼接解决。与三角测量不同,基于调制度测量的三维面形测量方法采用了垂直测量原理,将投影光轴和观察光轴重合,从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制。对一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法进行了研究,分析了这种类型的结构光扫描条纹的特点,基于这种特点介绍了几种同步扫描的调制度测量轮廓术提取调制度及三维重建算法,比较了几种算法的特点,实验表明采用适当的三维面形重建算法,可以在垂直测量的模式下实现115 mm深度测量范围,对被测面积为120 mm×120 mm检验平面测量,标准差可达0.19 mm。

调制度测量轮廓术中高度映射与相机同时标定的方法

传统的调制度测量轮廓术在进行系统的标定时,需要将标准平面多次精密移动,以建立调制度与实际物理高度的映射关系,同时还要对摄像机进行单独的标定。提出一种新的用于调制度测量轮廓术系统的高度映射与相机同时标定的方法。该方法用一个含有多个台阶的标定模块代替传统的调制度测量轮廓术标定方法中使用的标准平面及复杂的平移定位系统,多个高度相同但空间离散分布的台阶构成多个虚拟校准平面,虚拟平面上的调制度分布是通过一个拟合过程实现的,同时多个台阶的中心点还可以作为立体靶标用于相机标定。这种标定方法的特点是:只需要一次扫描测量过程就可以完成系统的标定,包括建立调制度与高度的映射关系和对相机的标定。阐述了该标定方法的原理,并给出实验结果说明了该标定方法的有效性。

小波变换在调制度测量轮廓术中的应用

基于调制度分析的光学垂直测量技术利用投影和成像共轴,可以有效地解决复杂物体和台阶状物体测量时所存在的遮挡、阴影等问题.该方法不需要截断相位计算和相位展开过程,只需解算条纹的调制度分布就能得到被测物体的三维面形,已成为广泛应用的光学三维检测方法.针对基于傅里叶变换方法的垂直扫描测量技术存在的问题,利用小波变换的局部和多分辨率特性,将小波分析技术用于调制度测量轮廓术中,提高了每个扫描位置获取单帧条纹的调制度测量的精度.推导了调制度和小波系数之间的关系,计算机模拟和实验均验证了方法的有效性.

基于相移与调制度比的结构光三维面形垂直测量方法

为了兼顾调制度测量轮廓术的测量速度与测量精度,提出了一种新的基于相移与调制度比的调制度测量轮廓术方法。使用一个由柱面镜和普通投影镜头组成的特殊投影系统,将竖直与水平两组相移正弦光栅依次投射在测量区域,柱面镜使两种光栅条纹的“像面”分离,两“像面”之间构成测量区域。利用相移算法得到两组正弦条纹在测量区域的调制度分布,并建立两种条纹的调制度比与实际物理位置的映射关系。测量时,将待测物体放置于测量区域,并根据物体表面两种条纹的调制度比与物理位置的映射关系,即可重建物体的三维面形。通过对实物的测量实验验证了所提方法的可行性。