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。

基于图像预处理的光学元件表面粗糙度测量系统

在测量光学元件表面粗糙度时,测量结果往往比较片面,为此设计基于图像预处理技术的光学元件表面粗糙度测量系统。获取原始元件表面粗糙度干涉图像,通过对表面形貌图像实施图像去噪处理与倾斜校正处理获取滤波结果,通过自适应中值滤波算法实施图像的去噪处理。在粗糙度参数评定模块中,根据取样长度对评定长度下定义,实施光学元件表面粗糙度的全面评定。利用设计系统测量三种光学元件的表面粗糙度。实验结果表明:通过设计系统能够获取高成像质量的表面粗糙度干涉图像,实现多种元件表面粗糙度的全面测量,具有一定应用价值。

三维成像技术的光学元件表面粗糙度智能测量方法

光学元件在多个领域起着至关重要的作用,其应用性能的优劣主要由表面粗糙度决定,对此,提出三维成像技术的光学元件表面粗糙度智能测量方法。采集光学元件表面图像,并进行预处理,然后采用重构算法获取到光学元件表面三维图像,并使用最小二乘中线提取元件表面三维形貌的中面,最后在表面三维形貌中面计算出三维粗糙度评价参数,实现光学元件表面粗糙度智能测量。实验数据显示:设计方法测量的表面粗糙度因子平均误差最小值达到了0.5%,测量精度高达100%,证明本方法的光学元件表面粗糙度测量性能较佳。

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.

非球面光学元件加工及检测技术综述

由于非球面光学元件具有优良的光学性能、紧凑的结构、低成本,其已被广泛使用于航天、航空、军事系统、通信、天文等诸多领域中。对非球面光学零件加工技术进行系统的归纳总结,并对非球面测量方法进行介绍,最后对非球面技术的发展趋势进行展望。

刚柔复合式路面沥青面层动态应变试验研究

为深入研究刚柔复合式路面沥青面层车辙病害机理,采用复合路面结构车辙试验模拟路面荷载动态作用,借助光纤光栅应变检测技术测试不同方向、不同荷载、不同类型混合料和不同温度下沥青混合料的动态应变,从荷载大小、混合料类型和温度3个方面分析复合式路面沥青面层车辙变形特征。结果表明:动态荷载作用下刚柔复合式路面沥青面层的横向应变小于纵向应变,荷载消除后横向应变可恢复60%,而纵向应变仅可恢复20%;一定范围内沥青混合料动态应变与荷载大小成正线性关系,应变的恢复能力与荷载大小成反向线性关系;SMA的应变比AC小12%,而变形恢复能力高出约60%;高温环境下,荷载间接作用也会引起沥青混合料的应变,SMA的抗变形能力明显高于AC沥青混合料。

应用激光光杠杆式原子力显微镜研究光学及超光滑表面微轮廓

论述了应用激光光杠杆式原子力显微镜 (AFM)研究光学和超光滑表面微轮廓的特点和优点 ,指出运用AFM方法可得出干涉法等其他方法不能得出的光学表面许多信息 ,是测试光学和超光滑表面形貌和微轮廓的一个重要的新发展。

光学法检测超精加工面表面粗糙度的新进展

本文针对超精加工面的测量特点，介绍近年来光学法检测表面粗糙度的进展。

光电测量技术的光学元件表面缺陷自动识别

采用高精密仪器配合人工识别光学元件表面缺陷时,具有漏识别、误识率较大的弊端。提出基于光电测量技术的光学元件表面缺陷自动识别方法,先通过基于光电测量技术的光学元件表面检测方法,获取光学元件表面轮廓特征衍射图像;再采用基于衍射图像的元件表面的缺陷识别方法,通过纹理、尺寸自适应分割表面轮廓特征衍射图像的边缘轮廓特征,并融合Harris角点识别方法完成元件表面缺陷特征识别。经验证,此方法对元件表面不同缺陷特征检测精度值高达0.98,表面缺陷自动识别的漏识率低于2%,误识率低于1%,且对光学元件表面检测、表面缺陷自动识别的耗时最大值依次是1.22 s、1.13 s。则该方法识别精度大于对比方法,且识别效率存在一定优势。

基于透射原理的液面变形测量方法综述

带液体燃料的航天器的液体晃动与运动控制离不开液面变形的精确测量。然而液体的弱反射性、易变形性、强透射性等特点增大了液面变形的测量难度,而传统的固体形貌光测技术并不适用。文章综述了目前应用较广的基于透射的液面变形测量方法,重点对相位偏折法、畸变分析法和光线追踪法的测量原理、灵敏度、适用范围和各自的优缺点进行讨论;并展望液面测量方法的发展方向和趋势。

光纤传感技术在稠油热采中的应用

光纤传感测试系统具有良好的温度性能,在不影响原始温度场、压力场分布,及不影响油田正常生产的情况下,实现实时多点温度、压力或连续的温度分布快速测量。尤其是光纤永久测量技术以其独特的安装方式,可以对水平井进行实时监测,解决以往水平井测量难的难题。从而实现直井、大斜度井、水平井的实时测试。本文主要介绍了光纤光栅传感技术、F-P腔传感技术、光纤分布测温技术,就其技术原理、构建方法及其在辽河油田的应用情况进行了综合评述。

基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器

为实现对微小位移的精确测量,提高位移精度,提出了基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器。利用渐变折射率多模光纤中光束的传播角度随入射光位置的变化而变化的特性,结合表面等离子体共振传感器的共振波长对共振角度变化具有很高灵敏度的特性,实现对微小位移的精确测量。为满足共振条件,将渐变折射率多模光纤研磨成具有合适角度的楔形,精确控制渐变折射率多模光纤的长度,并将光纤探针浸入到一定折射率的液体中。通过630nm单模光纤将白光光源从渐变折射率多模光纤的端面耦合到光纤探针中,搭建位移平台,精确控制单模光纤和渐变折射率多模光纤的径向相对位置,通过光谱仪检测共振波长随相对位置的变化规律。实验结果表明:当光纤研磨角度为12°,且液体折射率为1.350时,该传感器具有高达10.32nm·μm-1的灵敏度,位移分辨率高达1.9nm。

一种基于光学体表监测技术的新型摆位方法在头部放疗中的应用

目的提出一种基于光学体表监测技术的新型摆位方法,并对比分析其在头部放疗中与传统摆位方法的差异。方法通过图像引导配准结果回顾性分析2018年5月至2019年4月北京大学肿瘤医院放疗科99例头部肿瘤患者358次摆位数据,其中传统摆位方法130次(41例),新型摆位方法228次(58例)。对比摆位误差分布情况、异常摆位个数、摆位时间等指标评估新型摆位法的优势。结果新型摆位方法3个线性方向即升降(Vrt)、头脚(Lng)、左右(Lat)摆位误差绝对化后分别为(0.07±0.07)、(0.08±0.06)、(0.06±0.06)cm,3个旋转方向即偏转角(Rtn)、俯仰角(Pitch)、翻滚角(Roll)摆位误差绝对化后分别为(0.53±0.41)°、(0.59±0.44)°、(0.59±0.46)°。其摆位精度相对于传统方法组均有不同程度的改善,且差异均具有显著的统计学意义(t=3.24~6.10,P<0.001)。同时,新型摆位方法与传统摆位方法比较,异常摆位次数大幅降低,差异具有显著的统计学意义(χ^2=60.66,P<0.001),且摆位时间有所降低,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论基于光学体表监测技术的新型摆位方法有效提高了头部肿瘤放疗患者的摆位精度,显著缩小了6自由度床修正范围,大幅度降低了异常摆位概率,提示在头部放疗中具有潜在的临床获益。