四象限探测器光斑检测原理及其研究进展

光斑检测技术在现代科学研究与应用中扮演着重要角色,四象限探测器由于其具有探测灵敏度高、信号处理简单和抗干扰能力强等优点,在光斑检测技术中得到了广泛的应用,是捕获、跟踪和瞄准系统中的关键器件。首先介绍了光斑检测中常用的光斑模型和四象限探测器检测光斑原理,然后分析了国内外在四象限探测器检测光斑方面的研究成果,以及影响四象限探测器检测光斑精度的因素和常用的光斑检测算法,同时介绍了四象限探测器的光斑检测系统,包括光束对准检测系统、四象限探测器跟踪通信复合系统和微纳激光通信系统。最后,展望了光斑检测技术的发展前景。

大气激光通信载波光信号接收过程中光斑检测技术研究

大气激光通信载波光信号在接收信息时,信息中存在大量光斑噪声,降低了激光通信质量。为此,提出大气激光通信载波光信号接收过程中的光斑检测技术。通过去噪处理获取光信号转换图像中的光斑,结合Retinex原理增强光斑图像;使用阈值分割方法提取光斑形状,并借助几何纠正方法修正光斑形状;利用Hough变换算法将光斑图像从空间域变换至参数空间中,通过光斑的极值点检测确定光斑曲线参数,计算激光光斑变形值,实现激光的光斑检测。实验结果表明,使用该方法检测激光光斑时,检测时间短、检测效果好。

激光聚焦光斑检测装置的创新设计

该文分析了当前常见的工件检测技术并阐述了目前检测技术当中的缺陷与成本高昂等问题。为了解决上述问题,该文重新设计激光聚焦光斑检测装置结构,在传统装置结构上增加了伺服电机,使其能够通过电机控制实时调整聚焦位置,提高了此技术的灵活性、普适性。经过测试,满足设计要求,最后叙述了新型激光聚焦光斑检测装置设计所带来的有益效果,阐述其应用场景。

基于序列信息圆心拟合的大气激光光斑检测技术

为了降低大气湍流对水平链路无线激光通信APT子系统的影响,提高在强噪声中光斑检测算法的鲁棒性,提出了一种新颖的光斑检测跟踪方法。该方法采用序列间信息量的分布情况作为检测特征参数来拟合圆心,并且按照拟合方程估计光斑能量中心点,即在遵守最小二乘原则的前提下使序列间均方误差达到最小。本检测方法可以对大气湍流和背景光干扰起到较强的补偿作用,将检测误差有效地抑制在一个小范围内,对强湍流环境拥有很强的针对性,为水平链路无线激光通信的精跟踪提供了一种针对大气湍流的有效解决方案。该算法采用时域均衡的方法较为巧妙地回避开湍流引入噪声过强这一难题,使其在强噪声环境下拥有较强的鲁棒性。并且从工程实践的角度,较全面地分析了该算法的优缺点,并针对其瓶颈作出了展望。

大气湍流对半主动激光制导中光斑检测精度的影响

为分析大气湍流对半主动激光制导中激光光斑检测精度的影响,结合半主动激光制导的工作原理,研究了光强闪烁、光束漂移、到达角起伏和光束扩展效应降低接收光斑位置精度的机理。提出一种用于表征大气湍流强度的参数(大气折射率常数)定量测试方法,基于该方法进行了样机测试实验。利用不同天气条件下记录的靶标上光斑图像信息,计算出到达角起伏方差,由此计算出照射距离分别为1 km和4 km时的大气折射率结构常数,测试在不同大气折射率结构常数下导引头输出的接收光斑位置坐标数据,并给出了在不同实验条件下测试数据的统计分布特征和标准偏差。实验结果表明:大气折射率常数越大,光斑检测精度越差;而大气折射率常数不仅与大气湍流强度有关,还与照射距离有关;证明了该测试方法的有效性。

大气湍流对象限探测器光斑检测的影响

大气湍流运动频率一般在几赫兹到几百赫兹之间变化,激光在大气中传输时将受到此种运动的调制,调制的结果将对接收到的光斑能量分布形式与光斑形状产生影响,光斑能量与形状的变化将对象限探测器(QD)的输出产生影响。设计了一种湍流环境下的光斑检测后续处理电路,该电路使用两级增益系统,初级增益主要抑制噪声,二级增益使用可变增益放大,实现对象限探测器输出信号的有效放大与处理。搭建实验系统来完成湍流环境下的器件性能测试,当测试距离为830m时,完成不同信噪比、光斑大小、调制信号对探测器影响的测试;当测试距离为12.5km时,象限探测器没有细分能力,噪声占据整个光敏面,失去光斑检测的能力,使用数字滤波可以提高其细分能力。

激光制导武器目标光斑检测系统设计与实现

为了实现激光制导武器目标光斑检测系统对远距离的来袭激光光斑的捕获与定位,采用机器视觉检测技术设计并实现全数字化、实时、高精度的激光检测系统。对CMOS探测器采集到的激光光斑图像,系统的硬件实现改进的快速二维中值滤波算法进行图像滤波处理,最大类间方差算法进行灰度图像阈值分割,灰度重心法进行中心提取,实现了精确中心定位。实验验证和误差分析表明,该系统具有很强的抗干扰性及精确的坐标定位,坐标误差在1 mm以内。

X射线成像光斑检测装置研制

设计了一种低成本,快速响应的X射线光斑检测装置,可用于解决系统结构偏差所引起的透视探测器接收位置处的光斑偏离。该装置通过检测关键点处的X光斑强度及分布情况以判断实际X光斑位置与理论设计的偏差,以此为依据进行多次调整可使系统光斑调节到一合理位置。

基于激光光斑检测的数码相机测距技术

提出了一种基于激光光斑检测的数码相机测距方法,在数码相机上加装一个激光器,使激光光束与相机镜头的光轴平行,对拍摄到的数码相片中的激光光斑进行检测,再根据透镜成像的物像关系实现距离的测量.研究了利用LoG滤波器对激光光斑进行增强的方法,实现了背景灰度值大于光斑灰度值情况下的光斑分割,从而实现激光光斑的位置检测.并进行了实验研究,实验结果表明,采用本文提出的方法实现对物体距离的测量是可行的.

空间光通信中激光光斑检测与特性分析

在空间光通信中,通信光要通过大气随机信道进行传输,但光的传输受到大气湍流的严重影响。故光传输方式的优劣直接影响着空间光通信质量的好坏,所以,为减少大气湍流对通信光的影响,将通信光调制为圆偏振光进行传输。为了证明圆偏振光在空间光通信传输中具有降低通信噪声的优越性,开展了一组验证实验(以下简称偏振降噪实验)。给出了在激光偏振降噪实验中,识别光斑并对光斑参数进行分析的一套方案:首先利用减背景法对图像进行预处理,消除静态背景的影响,然后结合局部动态阈值分割,轮廓提取及筛选的方法,检测并识别信标光斑,最后对采用圆偏振光传输前后光斑的平均亮度、背景的平均亮度以及光斑图像对比度进行计算与比较。从而从图像处理技术的角度验证了,圆偏振光在空间光通信过程中可以有效地提高信噪比和通信质量。本方案满足了偏振降噪实验实时性的要求,且有效实用。

激光照射光斑检测方法

在激光照射性能监测系统的外场试验中,大气湍流等环境因素降低了光斑检测的准确性;同时传统的光斑检测方法在处理高分辨率CCD图像时速度较慢,难以满足实时处理的要求。为解决以上问题,提出一种激光照射光斑检测方法。首先采用自适应阈值法和投影法相结合的方法,将图像分割出一个或多个待检测区域;再根据靶板与成像系统的空间关系,预测当前光斑形态,并制作检测模型,对待检测区域进行相似度检测确定最优目标区域;最后对最优目标区域采用连通域分析提取光斑。实验结果表明:对于分辨率为1392×1040的图像,不仅能准确检测出光斑,还提高了检测速度,实现准确、稳定、快速的检测光斑,为激光照射器性能的评估提供可靠、有效的依据。

空间激光通信中ATP系统光斑检测方法研究

无线激光通信是利用激光作为载波,通过空间传播信息的一种形式。高精度、高自动化的ATP技术是关系到空间光通信链路能否成功建立以及通信质量好坏的关键技术之一。分析了四象限技术检测技术和面阵CCD检测技术,给出了具体光斑中心的算法,仿真结果表明,对于QD检测,为了抑制背景光可采用音频调制;对于面阵CCD检测,可采用空间滤波消除背景光影响,为光通信链路的建立奠定了基础。

空间光通信APT光斑检测算法研究

在空间激光通信系统中,跟踪系统的精度受光斑质心选取的位置和脱靶量计算的准确性影响。为了提高检测精度和抗干扰性能,本文对比分析了几种常用光斑检测方法,同时得出了各算法的适用条件。

具有自动增益调整功能的光斑实时检测技术

针对空间激光通信中精跟踪光斑检测的特点与要求,本文提出使用自动增益调整的方法来克服光强饱和效应。该方法根据空间激光光斑变化原理与特点,采用DSP器件作为核心处理器,完成光斑中位置计算、平滑滤波等功能。实验结果表明本系统不但能够实时输出光斑脱靶量,而且还能够根据不同的输入光功率,自动调整系统增益,从而克服由于光强饱和而造成的光斑检测失效;通过实际测量四象限探测器的转移特性曲线,表明本系统可以实现高精度光斑检测,角度分辨率为10.1μrad,经数字滤波后器件细分能力提高1倍。同时该系统可以通过外部配置调整滤波器阶数、正交补偿角等内部参数。

一种多目标光斑自适应快速检测算法

在激光光斑探测系统中,需要对多个目标光斑信息进行提取,针对这种情况,提出了一种多目标光斑自适应快速检测算法。该算法首先对整个多目标光斑图像与背景图像进行差分处理、中值滤波、边缘检测等预处理,使用迭代法实时获取不同的阈值对光斑图像进行二值化处理,利用图像的对称特点快速精准的提取光斑区域像素面积、质心位置坐标、直径等参数。最后通过实验验证该算法可以在不同背景光干扰的情况下自适应的选取阈值,且能有效、稳定的对光斑区域进行分割,实现多目标光斑的快速检测。

空间激光通信中四象限光电探测器环形光斑检测及误差补偿

分析了以卡塞格林(卡式)望远系统作为光学天线时,大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应,理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明:与完整高斯光斑相比,环形光斑的探测线性范围较小,检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径,使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大,不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差,探测器探测精度可达0.0015mm。

基于激光光斑检测实现亚毫米级自动化监测

为解决目前自动化监测中存在的仪器设备较为单一、成本高昂、安装布设复杂、精度不高等问题,在研究激光光斑检测理论与方法的基础上,通过融入图像分级检测的思想,采用帧差法快速搜索光斑所在区域,进一步提升了光斑检测的效率。静止及动态条件下的位移对比试验结果表明,该方法监测稳定性高,监测精度可达亚毫米级,在一定条件下能够满足相关规范要求。通过在重庆涪陵某滑坡监测工程中的应用,证明该方法可靠稳定、成本低廉、安装便捷,可为自动化监测新方法、新技术、新设备的研究与应用提供参考。

QD光斑位置检测影响因素分析

四象限光电探测器(QD)以其帧频高、解算电路简单、可靠性好被广泛应用于激光通信的光轴对准过程中,在利用QD进行光斑位置检测时,要尽可能提高光斑位置的检测速度和检测精度。由于光斑检测精度会受到背景光、大气湍流、探测器形状等因素影响,给光斑检测带来一定误差,使系统可靠性降低。为了更好的抑制背景光、大气湍流等因素对光斑检测系统带来的影响,本文进行如下详细分析。

机械陀螺漂移量检测系统设计

机械陀螺检测中漂移量是最主要的被测参数,其直接反映陀螺综合性能的优劣。为了实现对陀螺漂移量自动化、高精度的测量,建立陀螺漂移量检测系统。首先,运用光学知识分析光束的路径并建立多次反射式增程光路数学模型。其次,建立图像处理检测系统,对陀螺反射光斑进行识别处理,其主要工作为光斑跟踪和光斑中心定位。最后通过实验并根据实验结果调整检测系统。实验结果表明,在最佳检测条件下,机械陀螺漂移量的检测范围为±2°,其实验精度最高可达11″,符合陀螺漂移量检测稳定可靠、高精度的要求。

高精度近红外光斑位置检测模型研究

为了提高1 550 nm近红外波段光斑位置的检测精度,提出了一种改进的积分无穷解算模型。以高斯光斑为入射光模型,深入分析了In Ga As四象限探测器(Quadrant Detector,QD)输出信号与光斑实际位置之间的关系,考虑探测器直径及沟道的影响,通过引入误差补偿因子,利用最小二乘拟合的方法得到有效光斑半径,从而获得新解算模型的解析表达式,最后在搭建的In Ga As QD光斑位置检测系统上对提出模型进行实验验证。仿真和实验结果表明:新模型可有效降低不同半径光斑下的位置检测误差;入射光总能量约为10μW,光斑半径0.75 mm时,在[-0.75~0.75 mm]检测范围内,新模型均方根误差为0.003 mm,最大误差为0.009 mm,较原有模型分别降低了78.6%和52.6%。新模型在激光通信和激光雷达等工程实际中具有较好的应用前景。