基于激光联动扫描的单目动态三维主动热成像研究

为了满足对非平面碳纤维复合材料无损检测的需求,文中提出了一种仅使用一台热像仪对运动试件进行主动三维热成像的系统,称为单目动态三维主动热成像。该系统融合了检测对象的三维轮廓与和主动热成像检测,能够对具有复杂几何形状的复合材料试件进行检测,并给出直观的热成像缺陷检查结果。不同于传统的三维主动热成像检测方法需要额外的三维相机获取检测对象表面轮廓信息;该系统不需要独立的三维传感器,而热像仪同时作为三维传感器与温度传感器。为了实现这一功能,在线激光联动扫描热成像的基础上,文中提出了一个统一联动扫描模型和针孔相机投影模型的数学模型,将线激光作为主动热成像的热激励和三维重建的空间编码。在算法中,该模型实现了对重构热图序列和三维形状点云的无特征配准,该配准方法工作快速、稳健,不需要关键点。标准高度试件标定实验结果表明:在1~150mm的高度测量范围,平均误差0.16mm,最大误差不超过0.25 mm。碳纤维进气管实验表明,该方法具有大尺寸碳纤维复合材料三维温度场重建与检测检测能力。文中提出的单目三维动态热成像系统结构简单、工作稳定,可用于在生产线的三维测量、缺陷检测和质量控制。

不同粒径的高能燃烧剂的能量分析

制备9组不同粒径组合的铝粉和硼粉高能燃烧剂,利用红外热成像、水下爆炸、爆速测量与扫描电镜实验等方法,探究了粒径差异对高能燃烧剂能量特性的影响。结果表明:铝粉粒径1μm与硼粉粒径500 nm组合时,燃烧峰值温度最高,达到1310.9℃。在该粒径组合下,水下爆炸的峰值压力亦达到最大,为0.476 MPa。此外,该粒径组合还实现了最高爆速,为431 m/s。电镜扫描发现,由1μm铝粉、500 nm硼粉与硝酸钾制成的高能燃烧剂经过超声震荡后整体分散比较均匀,但存在些许团聚现象。研究结果有助于优化高能燃烧剂的配方设计。

基于MATLAB的红外辐射特性与扫描成像仿真实验教学设计

光电成像原理与实验是应用型本科院校光电信息专业开设的必修实验课程,根据该课程的教学效果反馈,学生普遍认为红外辐射理论复杂且抽象,实验预习效果差,实验原理理解不透彻,实验总结报告抄袭严重等问题,为了解决上述问题和提高课程的教学质量,提升学生的实践创新能力,该教学设计结合MATLAB语言构建虚拟仿真实验平台,革新传统的实验项目,设计内容主要包括红外辐射特性中普朗克定律、计算普朗克常数、维恩位移定律和红外扫描成像的仿真实验,该教学设计将复杂的理论知识形象化,激发学生的学习兴趣和实践动手能力。

基于场景的扫描线非均匀性校正算法

目前扫描红外热像仪有着广泛的应用,且一般采用基于定标的非均匀性校正方法;该类方法不能有效地校正图像中出现的扫描线。针对这一问题,本文对扫描线的表现进行分析,提出了一种基于场景的非均匀性校正算法,该算法采用图像像素点邻域标准差作为基础,通过类标准差对图像的差异信息进行计算,能够排除复杂场景的干扰,成功地识别扫描线,并对扫描线提取补偿。该算法计算简单,可以根据场景进行自适应校正,校正效果显著,具有一定的工程应用价值。

基于大气廓线合成背景的目标气云透过率反演

天空向下热红外辐射具有随时空变化而变化的特性,当扫描傅里叶变换红外遥测成像系统以天空为背景对目标气云进行成像扫描时,各扫描像素对应的背景辐射差异较大且没有恒定的基线,因而影响目标气云透过率的精确反演.针对这类问题,提出了基于大气廓线合成背景的目标气云透过率反演方法,首先采用实测地点的温度、湿度、压强和臭氧廓线及大气模式生成天空红外背景,以解决化工园区内难以实时测量纯净天空红外背景谱的问题,其次验证了天空红外背景与天顶角余弦逐波数存在连续可导的关系,使得少量具有天顶角梯度的天空红外背景即可快速插值生成任意仰角位置的天空红外背景谱.本文以中分辨率大气辐射传输模型(MODTRAN)软件仿真和SF6气体的遥测成像实验进行了方法验证,所提方法可以快速生成梯度仰角内任意角度对应的天空红外背景谱,准确反演出各扫描像素的目标气云透过率,反演得到的SF6柱浓度气云分布与实际分布一致,相关性达到0.99979.

红外近场辐射探测及超分辨温度成像

红外热成像技术通过探测物体自身所发出来的远场红外辐射从而感知表面温度,在军事、民航、安防监控及工业制造等重要领域有着广泛应用。但由于光学衍射极限的限制,红外热成像的分辨率通常在微米尺度及以上,因此无法用于观测纳米尺度的物体。近几年,我们开发了红外被动近场显微成像技术,通过探测物体表面的近场辐射从而极大地突破红外衍射极限限制,将红外温度探测及成像从传统的微米尺度拓展到了纳米尺度。本文将介绍红外被动近场显微成像技术的基本原理,以及基于此可实现的物体表面近场辐射探测与红外超分辨温度成像研究。

湿法磷酸副产α型和β型半水硫酸钙的鉴定及定量分析

半水硫酸钙存在α型和β型两种晶型,根据两种晶型的结构差异,采用X射线衍射仪(XRD)、固体核磁共振(SSNMR)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)对两种晶型进行了测试表征和定量分析,结果表明,SSNMR、FTIR和DSC均可定性区分两种晶型;采用FTIR定量分析两种晶型在混合样中的含量,通过MATLAB软件拟合得出两种晶型混合物中α型半水硫酸钙含量与吸光度的关系模型为y=0.1275+0.0034x,通过对比分析混合样品的模型计算值和实际值,验证了该模型的准确性。

三维激光扫描仪在某铁矿边坡地质调查的应用

某铁矿露天开采已进入末期,为服务某铁矿南采坑境界外矿体开采的需要,通过收集、总结该铁矿现有工程地质资料,采用现场调查、三维激光扫描和软件分析等手段,对矿区工程地质、矿岩物理力学性质及应力分布等进行全面分析研究;并通过数学物理法获取岩体物理力学及地应力参数,主要包括弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、单轴抗压强度、抗拉强度等;运用岩石稳定性分类法对矿区岩体质量分级及稳定性进行综合评价。基于三维激光扫描点云数据以及生成的三维全景图像,实现对露天矿边坡结构面大范围的高效安全调查,掌握矿岩结构面特征与分布规律,为露天坑境界外矿体开采提供参考依据。

基于移动车载激光扫描系统的大比例尺地形图成果质量检验

为了提高大比例尺地形图质量检查工作效率,降低大比例尺质量检查外业工作量与人力成本,本文提出了将移动车载激光扫描技术应用于大比例尺地形图质量检查中,并设计了一整套基于移动车载激光扫描系统的大比例尺地形图质量检查方案。通过与传统大比例尺地形图质量检查方式进行对比,检验使用移动车载激光扫描技术进行大比例尺地形图质量检查的有效性与适用性。通过试验检验移动车载激光扫描技术在大比例尺地形图质量检查中的应用效果,结果表明,移动车载激光扫描系统采集试验区点云数据精度满足1∶1000大比例尺地形图几何精度要求,将全景影像用于辅助地形图地理精度检验可有效降低外业检验时长。因此,将移动车载激光扫描系统应用于大比例尺地形图质量检验中能够优化检验流程,提高质检效率,为建立高效测绘成果质检模式提供新的思路。

基于BIM技术的工程质量缺陷检测方法分析

为了提高工程质量缺陷检测效果,文章以建筑工程质量缺陷为主要研究对象,提出了一种基于BIM技术的工程质量缺陷检测方法,该方法融入了红外热成像和三维激光扫描技术,利用图像处理技术,结合激光标定,能达到准确测算质量缺陷面积的目的。该方法通过科学、合理地建立三维工程质量缺陷信息模型,从三维模型中确定质量缺陷信息、位置坐标,以三维模型可视化方式呈现检测结果。结果表明,该检测方法精度和效率高,便于进行工程维修,值得借鉴和推广。

溜井全景扫描成像装置及其井壁检测试验

为研究矿石溜放对溜井井壁围岩的磨损破坏规律,保证溜井安全连续稳定生产,需要对溜井井壁进行检测。为实现溜井直径大、有浮石、粉尘多、湿度高和无光源等特殊条件下的井壁安全检测,研制了垂直溜井全景扫描成像装置。该装置采用4台高分辨率工业摄像机目标跟踪技术、4个高照度LED冷光灯照明技术、千兆网数据传输技术、旋转编码器井深定位技术等,实现对井壁全断面、无缝式扫描;通过组合式电缆与自锁绞盘提升系统实现装置提升;通过图像筛选与拼接处理,得到溜井井壁全景图。将该装置应用于矿山溜井进行井壁检测试验,采集到的井壁图像清晰直观,为溜井井壁磨损破坏规律研究、制定和实施溜井检修方案提供了直接依据。试验结果表明,该装置能适用于复杂条件垂直溜井的井壁检测。

红外偏振成像的几种技术方案

偏振成像技术是近年来国内外成像技术研究的重点,其有重要的军事和民用应用价值。红外偏振成像技术采用的探测器和对景物光波的偏振分解、扫描方式不同,其技术方案也不相同。按照获取偏振量的不同,可以将红外偏振成像技术分为获取两个、三个、四个偏振态和凝视的偏振成像技术,分别详细介绍了每一种技术方案的组成、特点,指出了红外偏振成像技术的未来发展趋势。

傅里叶变换红外光谱仪扫描成像系统被动遥测火焰红外图像

介绍了一种傅里叶变换红外光谱仪扫描成像系统,并用该系统测量了放在平台上的3盏普通实验用酒精灯的火焰红外发射谱,选择位于大气窗口内的波数为900～1 000 cm-1波段,利用普朗克定律,反演出了每条光谱对应的相对温度。实验中每一个光谱对应一个扫描位置即像素点,把这些温度数据通过Mat-lab软件绘制出了扫描范围内的红外图像。将红外图像叠加在视频图像之上,两者吻合得非常好,清楚地显示了3个火焰的位置。

基于区域分割与融合的全景稳像算法

车载红外全景扫描成像系统具有每列单独成像、360°全方位视场覆盖的特点,从而导致传统的电子稳像算法无法直接适用,因此,提出一种基于区域分割与融合的全景稳像算法。首先,通过局部列偏移调整方法对图像预补偿。接着,以车头前进方向为基准,对全景图像进行区域分割,即前端、右端、后端、左端区域。然后,根据各区域的成像特点,选择不同的稳像模型进行稳像,其中,运动估计环节采用滑窗策略缩短运算时间,运动补偿环节采用未定义区重构方法弥补边界缺失信息。最后,利用局部区域扩展、渐入渐出加权平均融合方式对重叠区域进行区域拼接、融合,保证全景图像无缝拼接。实验结果表明:该算法有效解决了车体行进过程中红外全景扫描系统的稳像问题,稳像关键指标——帧间峰值信噪比(PSNR)可以提高14.7%,运行时间可缩短为传统算法的1/10,基本满足了工程应用的需求。

扫描型长波红外连续变焦光学系统

基于斯特林制冷式4×288元光伏型碲镉汞二维探测器,根据红外扫描成像系统原理,设计了一个扫描型长波红外连续变焦光学系统。根据系统指标要求对光学指标进行分解计算及光学优化设计得到系统的光学参数和外形结构图,并对扫描光学系统的冷反射进行分析优化。该光学系统采用三次成像的结构,由变焦望远镜组、扫描摆镜、中继镜组、成像镜组4部分组成,包含9片透镜和2片反射镜。为了降低校正色差成本,系统使用了硫系玻璃镜片。光学仿真结果表明：系统在耐奎斯特频率处的全视场光学传递函数大于0.35,全视场畸变小于2%。最后,对系统进行了成像实验验证,结果表明：该系统可以实现30.8-154 mm范围内连续变焦,变焦过程中目标景物清晰,细节分辨率高,无冷反射现象出现,该系统具有分辨率高、热灵敏度高、像质清晰等特点。

红外成像技术中的9个问题

讨论了与红外成像技术密切相关的9个问题:红外/热成像仪工作波段的选择、三代红外/热成像技术的一般性区别、5种扫描成像模式的比较、国外第二代红外成像技术的特点、长波红外扫描型与中波红外凝视型焦平面探测器综合性能的比较、制冷和非制冷热成像技术的比较、非制冷红外焦平面探测器技术的比较、探测元尺寸与探测器规模、红外成像技术发展"代"的双重含义。

六倍连续变焦面阵扫描红外光学系统设计

提出了一种三次成像红外连续变焦面阵扫描光学系统,在传统红外二次成像光学的基础上,增加了连续变焦的望远系统。通过正组元变焦,负组元补偿的方式,可实现连续变焦。在中间平行光路中,引入扫描振镜,可补偿由于扫描平台转动带来的曝光时间内的物面的移动,保持系统在旋转扫描时成像清晰与稳定,没有拖影。设计了60~360mm连续变焦面阵扫描中波光学系统,变焦全过程畸变小于0.5%,通过测试,光学系统各焦距的性能良好,可实用于连续变焦搜索与跟踪一体的红外系统中。

地球同步轨道二维扫描红外成像技术

相对第一代地球同步轨道遥感卫星基于自旋稳定卫星平台的二维成像技术,基于三轴稳定平台成像技术的最大优势在于大幅度提高成像效率、缩短成像周期和多载荷并举。我国基于三轴稳定平台的第二代地球同步轨道气象卫星扫描成像辐射计,采用双扫描镜结合三反射光学系统、辐射制冷器及线列阵探测器,实现了从可见光至甚长波红外波段的成像。面对扫描成像辐射计的恶劣温度环境、极端指向精度、超长运动手寿命等任务要求组合,研制过程中采用了空间光学、精密机械、长寿命运动、电机控制、空间热控、信息处理等综合技术,使仪器实现了恶劣温度环境下的高精度成像。卫星计划于2016年发射,届时将进一步提高我国预报短时天气及突发性灾害的能力。

制冷型中/长红外双波段双视场全景光学系统设计

为了同时探测中波红外和长波红外两个波段信息,实现两个不同视场快速切换,采用空间多镜头图像拼接全景成像法,设计了四通道制冷型中/长红外双波段双视场全景成像光学系统。该全景系统由周视方向3个互成120°的红外物镜和顶视方向一个红外物镜构成,每一个成像通道光学系统采用二次成像结构。F数为2,工作波段为中波3.5μm^4.8μm、长波7.8μm^9.8μm,双视场两档焦距之比为5,通过轴向移动变倍组可以完成122°/44.49°双视场转换。利用折/衍混合器件及非球面设计技术,采用光学被动式消热差法对光学系统进行了温度补偿。设计结果表明,该双视场光学系统具有100%冷光阑效率和良好的冷反射抑制能力。在-40℃^+60℃范围内,在奈奎斯特频率18lp/mm位置处,中波红外系统MTF值均大于0.5,长波红外系统MTF值均大于0.3。

两档变焦面阵扫描红外光学系统设计

提出了一种三次成像红外两档变焦面阵扫描光学系统,在传统红外二次成像光学的基础上,增加了两档变焦的前置望远系统,通过变焦组单一组元沿光轴方向移动,来实现两档焦距切换。变焦组沿光轴方向的微调,可实现不同工作温度的补偿与不同物距的清晰成像。在中间平行光路中,引入振镜,通过振镜以特定频率进行相应角度范围的往返扫描,来补偿由于扫描平台转动带来的曝光时间内的物面的移动,保持系统在旋转扫描时成像清晰与稳定,没有拖影。系统结构紧凑,可实用于两档变焦搜索与跟踪一体的红外系统中。