条纹技术测风激光雷达研究

使用单纵模355nm激光作为发射光源,Fizeau干涉仪作为光谱鉴别设备,对条纹技术测风激光雷达进行了研究.对激光器频率抖动和Fizeau干涉仪光谱进行了分析,建立了条纹技术激光雷达系统,使用Fizeau干涉仪扫描的方法对系统进行了风速标定.利用研制的激光雷达系统对引入的参考光信号和大气后向散射信号进行同时测量,得到1.5km以内的大气风速剖面.

基于Fizeau条纹技术的测风激光雷达风速反演方法

建立了基于Fizeau干涉仪的测风激光雷达后向散射信号的理论模型,并利用最小二乘拟合方法结合数值迭代方法反演风速。该方法无需确切知道实际系统参数的大小和测量时的大气状况。风速反演的精度受迭代次数的影响,而迭代初值的选取只会影响迭代的收敛速度。用Monte-Carlo方法模拟了低对流层的回波信号并进行了风速反演,验证了该风速反演方法的可行性。模拟的系统参数在0～5 km高度,由信号的散粒噪声引起的系统误差小于1m/s。

基于Mach-Zehnder干涉仪条纹成像技术的多普勒测风激光雷达鉴频系统研究及仿真

多普勒激光雷达在大气风场探测中已经得到广泛应用。相比于Fabry-Perot(F-P)干涉仪、Fizeau干涉仪,Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪作为鉴频器具有透过率高、探测谱的范围宽、能进行视场展宽而获得大光通量、所成直条纹可以与CCD匹配等优点,同时也可以实现大的风速探测范围,弥补现有直接探测多普勒测风激光雷达探测范围较小,探测灵敏度的非线性问题。分析了基于M-Z干涉仪条纹成像技术的激光雷达大气风场探测原理,对干涉仪鉴频系统进行了参数优化设计及仿真分析,通过设定实验参数,获得仿真结果,进行数据反演,得到风速值与理论结果基本一致。

高分辨率C形臂CT联合金属条纹伪影消除技术在颅内动脉瘤支架辅助栓塞中的应用

目的探讨高分辨率C形臂CT扫描联合金属条纹伪影消除技术(SMART)在颅内动脉瘤介入治疗术中的应用价值,并评价其有效性。方法2018年1月至5月郑州大学第一附属医院郑东院区采用支架辅助弹簧圈栓塞连续治疗41例(42枚)颅内动脉瘤患者,术中和术后对支架置入区域分别作常规DynaCT和高分辨率DynamicroCT扫描,扫描图像经常规重建和SMART重建。2名神经介入专家对重建图像质量(支架金属丝显影程度、弹簧圈金属伪影程度等),并结合操作位造影对支架打开程度、动脉瘤栓塞致密程度等,进行观察和定量统计分析。结果42枚颅内支架(Neuroform EZ支架26枚,低剖面可视化腔内支架LVIS16枚)顺利辅助完成42枚动脉瘤栓塞(40例患者为单枚,1例为双枚)。与常规DynaCT重建和Dyna microCT重建相比,Dyna microCT联合SMART重建图像所示支架金属丝显影清晰,弹簧圈金属伪影消除明显,图像质量显著提高(P<0.05)。根据后者重建图像并结合操作位造影发现2枚支架局部打开不全,给予微导丝成襻支架内抚摸或球囊扩张后贴壁情况改善;4例患者瘤颈区栓塞未致密,调整微导管头端位置后继续栓塞术,直至栓塞效果满意。结论高分辨率Dyna microCT联合SMART能有效降低颅内动脉瘤栓塞术中支架和弹簧圈金属伪影,提高图像质量,有利于术者判定载瘤动脉内金属支架打开情况和动脉瘤瘤颈区栓塞是否致密,继而选择相应的治疗策略。这种新颖成像技术对于颅内动脉瘤介入治疗中评估具有较大应用价值。

离轴非球面的条纹反射检测技术

条纹反射测量技术具有动态范围大、灵敏度高的特点,通过高精度的系统标定可以获得很高的测量精度。本文研究将条纹反射测量技术应用于离轴非球面反射镜粗抛光阶段的面形检测,使用激光跟踪仪建立检测系统坐标系,然后将相机和显示屏的实测标定数据代入坐标系并在Zemax软件中建立测量装置的理想模型,通过光线追迹得到理想的屏幕像素点位置,采用相移技术可以得到实测时屏幕像素点位置,从而计算得到被测镜面形的斜率误差,最后积分得到检测结果。文中采用该方法对一块SiC离轴非球面镜进行了实测,并与三坐标测量机的结果进行对比,验证了方法的可行性,可用于指导离轴非球面镜粗抛光阶段的加工。

低多义性误差的条纹反射技术系统结构研究

条纹反射技术中的多义性误差将直接影响测量结果的精度,现有的多义性误差消除方法会大大增加系统复杂程度,且只能补偿部分的误差。推导了条纹反射系统不含多义性误差的准确相位-梯度解析模型,对该模型仿真分析得出:当系统设置满足进入相机的光线与参考平面和显示屏都成90°夹角条件时,系统多义性误差近乎为0的结论,基于此,提出一种基于同轴光路系统结构,实验证明了所提出的同轴光路系统结构在物体表面高度从0增加至3mm时多义性误差始终近乎为0,普通系统结构的多义性误差随着物体表面高度从0增加到3 mm时,多义性相位误差从0增加至1.5rad,实验证明使用提出的同轴系统可以大大抑制条纹反射技术中的多义性误差。

基于条纹反射测量技术的太阳能热发电聚光镜面形检测方法研究

提出了基于条纹反射测量技术的太阳聚光器面形检测方法,使用投影仪在光屏上投射黑白相间的正弦条纹,经被测镜反射后成像于相机,采用四步相移算法计算像面上和光屏上点的对应关系,然后运用迭代算法拟合被测镜方程及镜面上各个点法线方向。面形测量精度达0.2 mrad。试验验证了测量方法的正确性和可行性,研制了测量设备原理样机,并进行了相关测量试验,结果表明,测量设备达到了国际先进水平。

编码条纹投影技术的阶次校正算法

编码结构光技术是一种简单、精度高并具备高速测量能力的光学非接触三维测量技术。该技术在获取三维信息中最重要的一步是如何正确的获取包裹相位所对应的阶次值,但阶次误差总会对实际重建结果造成严重的影响。为消除阶次误差的,在阶次噪声误差的形成机理的基础上,提出了一种无损阶次校正算法校正编码结构光技术所固有的阶次误差。该算法为通用算法,适用于所有的编码条纹投影技术;除此之外,方法还具备动态处理及无损校正的性能。仿真与实验依次对阶次噪声误差的形成机理、校正有效性和动态校正能力进行了验证。在有效性方面,该算法在仿真数据集的阶次误差校正率为99.9%,对孤立物体的校正率达99.7%;手型的动态测量实验结果验证了该算法具备阶次噪声的动态校正功效。

迈克尔逊干涉仪中条纹细分新技术的研究

简术迈克尔逊干涉仪的传动机制，测长原理，提出一种提高测长准确度的技术－条纹细分技术。

法布里-珀罗环转线系统的测风激光雷达技术与数值仿真

设计了基于法布里-珀罗(F-P)条纹技术的非相干多普勒测风激光雷达系统,采用环转线干涉仪光学系统(CLIO)将F-P形成的环状条纹转换成线性条纹成像到具有高量子效率的CCD探测器上进行检测,克服了环状条纹与传统阵列式探测器不匹配的缺点并改善了探测系统的信噪比。采用光学设计软件ZEMAX对该系统进行了光学设计和数值仿真,得到了用于反演风速的不同波长干涉条纹图样,并对重心法和Voigt函数拟合法两种主要的风速反演方法进行了对比讨论。结果表明:用Voigt函数拟合法反演风速误差较小,获得风速在20 m/s时的误差小于0.5 m/s,验证了该系统的设计及数据反演算法的可行性,为测风激光雷达的进一步研制提供了理论依据。

PCB干涉条纹图像处理的研究

对某一航空PCB电路板的激光全息干涉条纹的处理 ,采用Delphi、VC、Matlab对干涉条纹进行数字化处理 ,主要采用的是条纹中心技术 ,为光学干涉技术的条纹处理提供可靠的方法 。

基于反向条纹投影的动态物体形变测量

本文提出一种应用反向条纹投影技术对动态三维物体进行形变测量的方法。该方法应用反向条纹投影原理,首先根据绝对相位测量法计算出反向条纹,然后投影反向条纹图到动态形变物体表面,并用高帧频摄像机跟踪记录物体表面反向条纹的动态变化过程,成像面上的反向条纹只在待测物体有形变的区域发生弯曲变形,没有形变的部分则仍然保持直条纹,显明地记录了形变物体的变形,处理时经过傅里叶变换、频谱滤波、傅里叶逆变换等就可以得到形变物体的面形变化。可以只处理物体产生形变的部分,滤波过程也就变得比较简单。对振动过程中的薄膜形变进行了测量和分析,证实了该方法的有效性。

基于利萨茹椭圆拟合的两步相移轮廓技术

相移轮廓术(phase shifting profilometry,PSP)至少需要三帧条纹图提取物体的相位信息.在动态测量中,减少条纹数有助于快速测量,并且可以抑制运动物体存在的相移误差.为了克服上述问题,本文提出基于利萨茹椭圆拟合(Lissajous ellipse fitting,LEF)的两步相移轮廓术,针对条纹背景和调制度分布不均匀导致的LEF相位误差,给出了误差抑制方法.实验实现了基于LEF的两步相移动态场景测量,与多帧PSP相比,本文所述方法可以减少条纹帧数并且可抑制物体的运动导致的相移误差.

基于高动态范围图像技术的高光误差补偿方法

利用基于条纹投影技术进行三维测量时,其相位提取精度直接决定着测量精度,而在实际测量中,由于待测物体存在一定反射率,因此相机拍摄到的结构光条纹在一些区域常会曝光过度,导致条纹相位产生高光误差,影响测量结果。本文分析了条纹投影技术中镜面反射光对相位提取精度的影响,提出了一种基于高动态范围图像(High Dynamic Range Image, HDRI)技术的高光误差补偿方法,可在不增加系统复杂度的前提下补偿高光误差,并针对金属工件表面三维形貌进行了测量实验验证,结果表明,在未消除高光误差时,测量高度整体向上平移15 mm,且在高光区域存在额外0~20 mm不等的测量误差,在使用HDRI技术后有效补偿了高光区域的相位误差,提高了金属工件三维测量的准确度。

多普勒测风激光雷达研究进展

简述了多普勒测风激光雷达测风的意义,报道了多普勒测风激光雷达的发展动态。综合该领域的发展情况,按探测方式的不同,分相干技术和直接探测技术分别讨论了测风激光雷达的应用及其特点,比较了各种系统的性能。

基于Fizeau干涉仪多普勒激光雷达测量的实验研究

实验实现了基于Fizeau干涉仪和线列探测器的条纹技术对多普勒频移和速度的测量。结果表明:在非常大的动态范围内,标准误差是4.2 m.s-1,等于探测器分辨率的6.4%。进一步优化Fizeau干涉仪的系统参数,能够满足测风激光雷达的精度要求。

大口径莫尔偏析系统的设计与分析

设计了一种用于流场定量测试的高精度高灵敏度的大口径莫尔偏析系统，并对该系统产生的误差进行了分析讨论．

变曲率高聚物材料表面三维轮廓和变形场分布的同时测量

为测得变曲率高聚物材料的表面三维轮廓和变形场分布情况,构建一个基于条纹投影技术的三维测量系统,通过采用改进的标定方法实现对系统的高精度标定,然后利用标定好的系统对一块表面凹凸不平的EVA材料板进行表面轮廓测量,对该材料板施加一定作用的力使其产生形变后再对其进行三维轮廓测量,由变形前后采集到的数据经过分析得到该材料的变形场分布情况,从而实现了变曲率高聚物材料表面轮廓和变形场分布的同时测量.

非球面面形检测的特征干涉图数字分析法

对干涉图的数字分析法进行了研究 ,首先 ,利用动态条纹扫描技术对干涉图进行数字分析 ,然后与理论计算结果相比较 ,从而获得面形误差数据 ,最后在改进型 SPG- 型激光数字波面干涉仪上进行实测验证 ,表明其测量精度可达 λ/ 2 0 ( PV) .对非球面度较小的非球面面形 ,其检测可通过直接利用标准球面镜作为参考表面在干涉仪上获得“非球面特征干涉图”