基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量研究

伴随着光学仪器精度的逐渐提高,其表面动态变形事件发生频率也呈现急剧增加的趋势,是影响与制约光学仪器发展与应用的主要因素之一。为了满足光学仪器的应用需求,提出基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量方法。采用机器视觉设备获取高精度光学仪器表面图像,对表面图像进行灰度化处理、去噪处理与增强处理,以此为基础,应用SURF特征检测算法提取表面图像的特征点,通过FLANN算法匹配相邻图像的特征点,利用Delaunay三角化在表面图像区域形成三角网格,进一步计算表面图像特征点的位移与应变,从而实现高精度光学仪器表面动态变形的测量。实验数据显示:在横坐标为1μm时,应用提出方法获得的表面动态变形位移纵坐标为1.8μm,与实际位移基本保持一致,在实验组别为6时,应用提出方法获得的光学仪器表面动态变形应变数值为3μm,与实际应变数值保持一致,充分证实了提出方法具备较好的应用性能。

光栅光谱仪分辨率及波长范围计算公式的研究

对水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪的参量及性能进行了分析研究.基于水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪工作时的光路图,用几何方法推导出了入射光线与衍射光线的夹角、入射角、衍射角、可测光谱级次及波长适用范围的计算公式,该公式可通过简单编程计算结果.基于理论分辨率计算公式,并考虑到狭缝宽度导致实际分辨率低于理论分辨率,推导出了分辨率与狭缝宽度等结构参量之间关系的计算公式,对该公式求导得出提高分辨率的方法,并举例计算得出考虑狭缝宽度后的实际分辨率为理论分辨率的83%.

一种基于LabVIEW的光谱仪设计

利用虚拟仪器开发软件LabVIEW设计了一台光谱仪,使用CCD一次接收整个光谱,同时利用LabVIEW高度集成化的模块进行显示、分析等处理,效率高,开发周期短,仪器使用方便,功能多且易于扩展·

自由曲面光学透镜注射成型误差因素研究

自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中,注射工艺参数组合的优劣,直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件,就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数,对注射成型误差的影响进行综合研究,并且进行了实验验证。研究结果表明:适当提高注射温度与模具温度,同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺,可显著降低注塑工件的体积收缩率,显著提高面形精密度,其光学表面面形误差小于0.1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。

光学瞄具出瞳直径、出瞳距离与放大率现代测试技术研究

针对光学瞄具出瞳直径、出瞳距离与放大率的现代测试要求,在分析原有传统的各种检测原理与方法的基础上,本系统采用了一种基于CCD摄像技术、精密机械技术、光学技术和计算机控制与图像处理技术的现代光学测试原理与方法。测试过程中采用CCD细分技术,提高了图像的分辨率和目标图像的定位精度。出瞳直径与出瞳距离测试精度达到0.01 mm,测试范围为1-100mm,放大率测试精度小于1%,而且大大减轻了疲劳强度。

瞬态表面温度传感器超高温外推测试技术研究

提出利用外推法拓宽蓝宝石光纤黑体腔高温传感器测量范围,通过分析蓝宝石光纤黑体腔的导热规律建立了瞬态受热的黑体腔外推模型,利用分离变量法对外推模型进行求解,得到传感器的测温上限为3 005℃.设计完成了外推方法的实验验证,利用大功率高频可调制CO2激光脉冲作为1 500℃高温阶跃输入信号测得该传感器时间常数为10-2s数量级。利用同一激光脉冲作为热源、用该传感器和校准过的高速红外测温仪同时测得的黑体腔内外膜层温度变化曲线,验证了外推模型及方法的正确性。

基于物体像的干涉条纹图像中散斑噪声的识别方法

散斑噪声是激光干涉时的普遍现象,其覆盖被测表面对应区域的形状信息,造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点,提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点,自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系,得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验,对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补,消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。

单目视觉坐标测量方法

为了解决现代化生产中对高精度、大尺寸、三维整体现场在线测量技术的需求问题,提出了一种基于光学测头成像的单目视觉坐标测量方法。该方法以光学测头上的光学特征点作为成像目标,利用单个摄像机获取测量信息。测量过程中,通过分析光学测头上光学特征点的二维成像坐标,利用特征点之间已知的几何约束知识和摄像机的透视投影模型,建立特征点与对应像点的求解关系。通过基于奇异值分解的位姿优化算法确定特征点的空间位置坐标。根据特征点与测尖间已知的位置约束关系确定被测点的空间坐标,从而实现坐标测量目的。测试实验结果表明,该方法切实可行,系统的测量不确定度小于0.32mm。

粒子计数器的一种新型光学传感器设计

针对已有光学粒子计数器传感器易受颗粒形状、折射率及光敏区位置的影响,设计了一种新型的光学粒子计数器的传感器。首先,利用旋转对称椭腔镜接受系统,扩大光接受的空间角,减小颗粒形状及折射率的影响,基于T矩阵理论,对不同折射率、不同形状及不同取向的非球形颗粒的接受光能量与粒度的关系的计算显示,本接受系统接受的光能量与粒径的关系单调性优良,可减小颗粒形状及折射率对测量的影响,提高仪器的精度及灵敏度。其次,利用非球面透镜与柱面透镜组合光学器件提高半导体激光束的光强均匀性,减小颗粒在光敏区位置不同带来的影响,Zemax光学设计软件的模拟计算显示,采用该光学组合器件后,光敏区光强的均匀性得到显著提升,光敏区位置造成的不利影响基本得到消除。然后,介绍了采用上述设计的传感器整体结构。最后,进行了实验验证,结果表明本传感器具有更佳的性能。此外,本传感器也具有简洁、便携、价廉的优点,应用价值较高。

一种新型云粒子探测仪的研制及初步观测结果分析(英文)

云粒子探测仪效率高、结构简单,在人工影响天气的活动中起着重要的作用.本文提出一种使用单模光纤耦合输出的685nm激光作为光源的新型云粒子探测仪.该仪器利用小孔光阑切割激光光束,使用相对均匀的中央部分的光束照亮云滴,采用具有两个高速A/D转换芯片(10M/S)的嵌入式计算机来不断地获取和处理云滴粒子信号,将所有云滴的原始数据存储在嵌入式计算机的固态磁盘中进行云滴粒径分布计算,并将计算结果发送到机舱内主计算机中即时显示.实验中,使用固定尺寸的标准粒子对仪器进行标定,获得不同直径云滴粒子信号变化幅度,从而获取该探测仪对云滴粒子的响应曲线;将探头安装在飞机上进行了现场观测实验,结果表明这种探头具有云滴测量能力.

基于互相关技术的光学系统透过率检测

提出一种基于相关检测原理的双频双光束光学透过率检测方法。该方法不仅提高了检测精度,而且可实现在亮场条件下进行检测,能取代目前采用的单通道光学系统透过率检测方法。

双等离子体离子源的工作特性

针对双等离子体离子源受气压、磁场强度和放电电流影响,产生的O-离子束亮度不稳定的问题,设计并搭建了一套用于测试离子束亮度的离子光学系统,以SHRIMP II上的双等离子体离子源为对象,通过实验和仿真模拟分别研究了气压、磁场强度和放电电流对O-离子束亮度的影响规律。结果表明：该离子源能够稳定地工作在放电电流大于50 m A,气压为110~170 m Torr（1Torr=133.322 Pa）的条件下;当气压为140 m Torr、放电电流为200 m A、磁场强度为0.25 T时,获得的O-离子束亮度能够达到52.4 A/（cm2·sr）。合理控制离子源工作参数,可以增大O-离子束亮度,提高二次离子质谱的横向分辨率和灵敏度。

基于单目视觉的曲面弧度测量方法

针对异形件曲面弧度的测量问题,提出了一种基于单目视觉的曲面弧度测量方法.首先,用基于三色LED环形光源和CCD彩色相机组成的单目视觉系统采集单张包含被测曲面表面特性的彩色图像;其次,分析该图像的彩色分布特征、灰度变化规律和相邻区域特征的相关性,设计分割方法,完成目标曲面的分割;然后,基于单目视觉系统成像模型,结合材质与实验环境相关参量,推导出被测表面高度计算方程;最后,解出相邻像素点间的高度累加分量,进而还原被测点的高度,在此基础上,建立曲面弧度测量模型并完成曲面弧度测量.分别对3D打印曲面样品、螺钉螺纹、SIM卡槽进行了曲面弧度测量实验,与激光三角法测量结果对比,所提方法误差小于±3.6%,测量准确度为0.000 1rad,曲面弧度测量时长小于0.6s.实验结果表明,该方法对测量物体边缘、高度突变,高度渐变等类型的曲面都具有良好的适应性,在实现较高准确度测量的同时,具有较快的测量速度.

空间光学仪器研制开发中的虚拟工程技术

论述了虚拟工程技术在空间光学仪器研制开发中所起的重要作用及其特点，概括性地描述了虚拟工程技术在产品设计、工程分析、制造等方面的应用。

自由曲面光学虚拟制造与检测系统的探讨

自由曲面光学产品设计、制造与检测的工艺流程,通常采取试凑法逐次逼近。由于加工-检测-再加工,循环往复,既费时,成本又高,产生了瓶颈问题。为了解决此弊端,本文运用虚拟制造技术,提出光学虚拟制造的基本构想,即虚拟制造系统结构模型,给出光学系统虚拟原型的构成和光学系统成像质量虚拟检测系统的构成,讨论光学成像质量的仿真检测以及敏度分析方法。研究结果表明:运用虚拟制造与检测技术,可缩短研发周期,降低成本,优化工艺并提高产品质量。

掺铒光纤光源的数值模拟及软件实现

从铒离子在玻璃基质的能级结构出发,分析掺铒光纤光源工作机理,建立光纤光源物理模型,即泵浦光和信号光沿铒纤的传播方程.将荧光光谱划分为10个波长带,模拟算法的核心为求解21维常微分方程的边值问题.采用打靶法将常微分方程的边值问题转化为初值问题,使用龙格-库塔法求解,用Visual C++编程实现.该数值模拟算法及软件实现对掺铒光纤放大器和激光器的研究提供了借鉴.

大豆品质近红外光谱分析仪测量数据处理

利用自行设计的CCD近红外光谱仪器、采用光纤探头测得的大豆样品漫反射近红外光谱数据中含有各种噪声。经过分析,该光谱数据的噪声包括随波长变化的随机变量,引起光谱基线平移的随机常量,以及由于装样不同、样品散射系数变化而引起的光谱基线旋转。对于随机变量噪声,通过用背景、白板、样品各组重复采集、递归平均再计算光谱数据的方法减小,同时可节省存储空间,减小三组数据的重迭区域,增加光谱数据的有效范围。分别采用了局部平均阈值法、Savitzky-Golay卷积平滑、小波消噪等三种方法进一步消除随机变量噪声,结果表明:卷积平滑、小波消噪消除原始光谱数据噪声的效果较好。利用高阶小波分解变换获得光谱基线数据,将其从光谱数据中扣除,从而实现了光谱的基线校正。

虚拟仪器技术的光通信跟踪检测系统

为减弱背光噪音和大气变化对光通信造成的影响,设计基于虚拟仪器技术的光通信跟踪检测系统,使用虚拟仪器技术开发系统微型组件、软件功能,并对基于中值滤波和重心算法的跟踪检测函数开发支持软件。对系统天线模块中的激光器和调制器进行选型,通过合理的光束散射角度发射出高精度的激光光束。使用虚拟仪器检测模块对激光光束进行检测,控制模块为检测结果进行定位与分配,探测与跟踪模块根据检测结果和激光光束基本信息进行光束对准和跟踪,实现高精度的光通信。实验在多种情况下证明了系统跟踪检测精度高的优点。

九谱段离轴长线阵相机视轴建模分析

常规的视轴测试采用单台经纬仪读取俯仰绝对数值的定位方式,探测器的线阵、视轴平行于整星坐标系+Y、+Z方向。区别于常规测试,离轴相机视轴不再遵循探测器视轴与基准镜平行的原则,并且整星坐标、立方镜坐标及视轴线阵三者是空间分离的,因此提出了一种新的测试方法,实验前需要将视轴调整到相机坐标系理论位置,并且四色与五色线阵平行。借助于钻模支架,利用经纬仪分别将相机视轴和整星坐标引出到相机立方镜a和钻模立方镜b,通过立方镜坐标系的方向余弦矩阵,将相机视轴引出到整星坐标。对视轴精度以及九谱段线阵多维定位进行分析,给出实验采集的图像。结果表明,视轴矩阵满足要求,定位引出方法合理可行。

基于Labview的激光Z扫描实验系统设计

激光Z扫描技术是研究非线性光学材料性质的一种有利方法。介绍了激光Z扫描技术原理和激光Z扫描实验系统组成。针对激光Z扫描实验数据量大、稳定性要求高的特点,使用Labview语言开发了激光Z扫描实验系统。该系统可对激光Z扫描实验进行自动化控制,并对实验数据进行保存和处理。实验表明,该系统能大大提高测试效率和稳定性。