超精密平面光学元件检测技术

超精密光学元件是决定高端装备性能的核心元件,在大科学装置、精密仪器等领域中被广泛应用。对光学元件进行高精度检测是保证元件质量的重要途径。光学检测技术因具有非破坏性、高精度而成为光学元件检测的有效技术。首先,对超精密光学元件主要检测技术进行了综述,重点介绍技术原理、研究现状和应用瓶颈;其次,针对光学检测技术中的相位解调问题,以波长移相测量技术为例,结合超精密平面光学元件检测,概述了相位解调算法的原理与实现过程,并对其性能进行综合评估;最后,展望光学元件检测技术的未来发展趋势。

河流自然水体中三维视觉测量

针对水体浑浊所造成水下图像退化和多介质引起的光线路径改变等问题,提出了基于径向多线结构光的水下视觉测量方法。首先,建立了基于折射的水下视觉测量模型,在投影仪垂直于折射平面投射且光平面经过投射光轴的条件下,陆上光平面和水下光平面共面,陆上标定可代替水下标定;采用蒙特卡洛模拟方法,分析了像点误差对点云计算精度的影响。其次,设计了黑白交错的中心旋转径向多线编码光模式;采用黑白条纹边缘作为测量点,减弱了编码光解码对图像质量的依赖性;通过中心旋转的方式,提高了表面的测量分辨率。最后,在1 m×1.2 m×0.8 m的水体中加入泥沙模拟自然河流水体环境,实验分析了浑浊水体对条纹提取、编码光解码和三维视觉测量精度的影响。实验结果表明,该方法在1500 mm的测量距离上,对清水条件下的瓷瓶进行了不规则表面的三维表面测量;对清水、含有40,60和90 g泥沙的浑水中规则物体进行三维表面测量,获得了平面残差分别为0.95,1.93,5.43和21.43 mm的测量结果;当泥沙量超过某数值(如60 g)时,条纹提取精度急剧恶化,泥沙量为40和90 g的浑水中测量平面拟合残差从1.93 mm增加到21.43 mm。

基于光平面约束的水下三维视觉测量系统

针对折射现象对水下视觉系统的影响并为了实现视觉系统的便携性,本文构建了基于光平面约束的水下视觉测量系统。首先,建立了基于光平面约束的水下结构光测量模型,并从理论上证明了当投影仪垂直于折射平面投射且光平面经过投射光轴时,陆上投射光线与投影光轴构成的空气中的光平面以及水下折射光线与折射平面法向量构成的水下光平面为同一平面,这样从理论上证明了陆上标定代替水下标定的可行性,避免了光平面的水下标定过程;然后,根据光平面簇共线的约束条件设计了中心旋转编码光模式,通过光平面旋转角度实现了对投影光模式的编解码;最后,按照测量模型中的光平面约束条件,提出了对应的陆上优化标定方法。实验结果证明,本文提出的水下视觉测量系统在2 m以内的测量距离上,可以获得1.72 mm的测量精度。该系统可用于弥补当前水下声学三维形貌测量中无法进行近距离、高精度和高分辨率测量的不足,有效地避免了水下标定操作,提高了水下视觉测量系统的便携性,有利于扩大视觉测量系统在水下工程探测、水下三维形貌测量、水下结构缺陷检测中的应用。