基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术

提出了一种基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术。利用基于条纹投影的平面标定技术,建立了测量范围内的相位-高度映射表;采用高精度相移技术和三频时间相位展开方法,获得了自由曲面的水平和垂直相位分布信息;利用反向条纹投影技术建立了投影仪像素与相机像素间的几何及强度传递关系。利用该显示技术可在曲面上投影基于其高度信息的预期编码图像,实现高度信息的可编辑投影和三维显示。给出了在自由曲面上投影等高线和伪彩色编码、冰川雪线变化的动态过程及仿真实体添加等实例。     

曲面迭代混沌特性研究

研究了空间单位区域内两个曲面映射构成的动力系统的混沌特性.研究发现两个曲面中有一个曲面振荡剧烈,另外一个曲面随机生成时系统更容易出现混沌,能生成众多有特点的混沌吸引子.如果调整随机曲面使其成为满射,那么所构成的动力系统是混沌的概率可以达到1/2或者更高.通过计算Lyapunov指数以及绘制分岔图等方法对系统的混沌特性进行分析,同时给出了由两个曲面构造的系统出现混沌的必要条件.和二维情形一样,一个三维正弦函数与两个三维多项式函数构造的动力系统是混沌的概率也很高,通过计算可以得到众多的具有观赏和实用价值的三维吸引子.     

用于激光光束整形的连续自由曲面的设计

设计一个有效的连续自由曲面,将给定的准直激光光束映射成任意模式的目标照明,仍然是一个具有挑战性的问题。提出一种基于光线映射来构造连续自由曲面的方法,通过计算光源与目标区域两者辐照度分布之间的光线映射关系,构造出光滑连续的自由曲面。对于准直输入光束,采用最优运输法计算光源与目标之间的光线映射;根据折反射定律和可积条件,推导出用于求解可积映射关系和连续自由曲面的一般条件;证明在小角度近似的情况下,基于最优运输法得到的光线映射关系可以满足可积条件;通过逐线积分法求解出满足一定边界条件的线性平流方程,从而完成连续自由曲面的构造。实验表明,利用逐线积分法求解标准积分方程构造出的连续自由曲面能实现任意模式的目标照明,能量利用率达98.95%。结果表明,基于最优运输法得到的光线映射关系在自由曲面和目标平面之间的距离较大时近似可积,提供了一种有效的构造连续自由曲面的方法。     

针对LED扩展光源照明的自由曲面透镜设计

针对LED扩展光源,采用双向反馈网格法设计了自由曲面透镜.划分光源和目标面的能量网格,通过对每一条迭代曲线建立反馈系数,对网格点进行修正并建立新的映射关系,设计了两个目标面中心无光照度的自由曲面透镜.将设计的自由曲面透镜用蒙特卡罗方法对不同尺寸的LED扩展光源进行了模拟仿真.结果表明,对于尺寸在4mm×4mm以下的LE...     

支撑曲面法设计自由曲面照明透镜

利用能量守恒建立光源与目标之间的网格映射可以用来设计自由曲面照明透镜,然而这种方式设计透镜表面的连续性依赖于映射是否可积。其根本原因是这种预先设定的映射并非照明问题的真实解。为了得到连续的透镜曲面,首先使用支撑曲面法利用一定数量的笛卡尔卵形面构造非连续的自由曲面透镜。以这个透镜为初始设计,通过拟合建立光源与目标面的网格映射。由于初始设计的透镜为照明问题的真实解,因此这个映射满足可积条件。光学仿真表明这种方法设计的透镜可以在目标面达到目标面达到0.77的照度均匀性以及81.6%的光学效率,同时透镜的表面连续。     

激光扫描轮廓曲面的动态测量

本文提出一种新颖的轮廓曲面动态，实时，非接触光学测量方法，对飞机机翼，汽轮机叶片以及坦克，轿车等的轮廓曲面提供了一种有效的测量方法，该方法是利用激光测头扫描探测，ＣＣＤ（电荷耦合器件）或ＰＳＤ作为光电接收器件，利用微机控制的闭环测量方法，文中还给出了一种ＣＣＤ的新探测驱动方法。     

高平滑度自由曲面激光束整形透镜设计

利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜，通过4次迭代，目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格，基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系，计算自由曲面各采样点的法向矢量，基于泊松面形构建算法获得自由曲面矢高，从而构建自由曲面透镜。为了验证所提方法的可行性，针对正方形目标面和矩形目标面分别设计了自由曲面透镜，这两种透镜在目标面上的辐射照均匀度分别达到91%和93%。为了验证自由曲面的平滑性，使用一个6阶9项多项式进行拟合，拟合后的均方根误差达到1.394×10^-3，表明所设计的自由曲面具有很高的平滑度。使用拟合数据建立自由曲面透镜，其目标面辐照均匀度几乎保持不变。采用随机统计分析方法对自由曲面透镜装配公差进行分析，结果表明在给定的公差范围，大部分样本的辐照均匀度保持在88%左右。     

多点择优推进阵面法生成曲面三角形网格

在现有曲面非结构网格生成法的基础上,提出了一种新的曲面网格生成法——多点择优推进阵面法.它可在曲面上直接进行三角形网格划分,克服了映射法的网格变形问题,并且可以在网格生成结束后,对曲面网格直接进行Laplace格点松弛光顺.该方法使用简单,不受曲面块类型的限制,且网格质量高,可以为三维非结构网格生成提供高质量的初始阵面,并给出了若干个算例.     

一种从离散法线图重建高度图的方法

阴影形状、偏转测量和光度立体法等多种手段都能得到场景的法线场，需要进一步重建才能获得高度场，因此由法线场重建场景的深度信息值得研究。提出一种由离散法向量恢复高度场函数的方法。首先，基于离散几何的原理，逐行估计场景的行高度值；然后计算少量列高度；最后根据列高度值，逐行调整各行的高度平均值，得出整个场景的高度分布，其中在估计行高度值与列高度值的过程都运用了最小二乘法。该方法由于减少了优化的数据量，不需要大型的矩阵运算和运算内存，并且对于物体表面连续并且光滑的曲面会有较好的效果。实验表明，该方法对曲面连续突变较少的场景的深度恢复较好，但对于突变较多的场景，所恢复出的高度会有横条纹。     

空间单位区域双二次有理贝赛尔曲面混沌特性研究

研究空间单位区域内两个二次曲面映射构成的函数的混沌特性, 发现了一种构造混沌的方法. 当一个曲面是单位区域内标准曲面, 另一个曲面随机生成时, 此函数是混沌的概率可以大于十分之一, 说明在满足一定条件时, 混沌是极其普遍的. 通过计算Lyapunov指数以及绘制分岔图等对该类函数的混沌特性进行分析, 根据参数变化的分岔图以及混沌曲面控制点的区域分布特性等寻找混沌映射函数, 得到了大量的二维混沌吸引子图形, 并对其中三个进行了详细研究. 另外, 把灰度图像作为离散二维函数, 首次研究了图像作为迭代表达式时表现出的一些混沌特性. 研究发现, 相同的或者相近的图像易于收敛到周期点上, 这个结果可以用于图像识别等研究领域. 关键词： 混沌 迭代 图像     

利用激光三角测距法提高三维面型检测精度的方法

本文首先介绍了根据激光三角测距原理并采用片光照明、面阵ＣＣＤ接收的三维面形检测原理，其优点在于物面相对于测量头仅需一个方向移动即可完成二维扫描，使测量系统结构简单、便于控制。其次分析了影响其测量精度的几个主要因素，即散斑噪声、接收器件本身的分辨率、投影片光束的宽度与稳定性。散斑噪声造成了投影光斑的抖动，ＣＣＤ的分辨率限制了测量系统的分辨率，而片光束的质量影响着ＣＣＤ光敏面上像斑的准确定位。针对其各自的特点给出了相应的解决途径。     

Non-contact scanning measurement utilizing a space mapping method

In this study, a novel approach to a measuring methodology and calibration method for an optical non-contact scanning probe system is proposed and verified by experiments. The optical probe consists of a line laser diode and two charge-coupled device (CCD) cameras and is placed on a computer numerical control (CNC) machine to measure the workpiece profiles. A space mapping method using the least-squares algorithm is presented for the probe calibration and profile measurement. This method provides a simple and accurate calculation of the relationship between the real space plane and its related image space plane in a CCD camera. A transparent grid with regularly spaced nodal points is used to construct the space mapping function. The space coordinate of an object can be obtained from its image in the CCD camera via the mapping function. The measured profile data are smoothed by the B-spline blending function and can be transferred to a CAD/CAM package for industrial applications. Experimental results show that this technique can determine the 3-D profile of an object with an accuracy of 60 μm.     

A machine vision technique for subpixel estimation of three-dimensional profilometry

A quick and efficient technique for a charge-coupled device (CCD)-based profilometric measurement system is proposed and verified by experiment. When a laser stripe is projected onto an object, the deformed laser line image is detected by a CCD camera with subpixel resolution and is automatically transferred to its space position using a least-squares mapping algorithm. Measurements are executed on each separate surface of a three-dimensional object and the multi-surface data are integrated through a process of coordinate transformation. Large arrays of data points are acquired on each surface by means of a scanning mechanism. Because the measuring data from each laser stripe position can provide two-dimensional information concerning the surface contour, the laser stripe and the CCD camera are integrated into a measurement system for obtaining the entire three-dimensional information. Theoretical analysis shows that this technique can determine the three-dimensional profile of an object with an accuracy below 0.2 mm.     

激光片光三维传感中降低散斑影响的新方法

提出一种激光片光三维传感中降低散斑影响的新方法,片光面内扫描合成孔径法。通过向被测物体表面投射面内扫描的片状激光束,产生空间变化的动态散斑光场,这样的光场在成像透镜光瞳平面上的移动,其时间平均效果等效于利用了一个大的“合成孔径”,降低了散斑的影响,明显地提高了测量精度。文中给出了合成孔径的理论分析和三维面形测量的实验结果。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

New Laser Speckle Flowgraphy System Using CCD Camera

A new technique is developed to visualize the blood flow map of the human retina using laser speckle phenomena. Despite use of an ordinary CCD camera as the detector, the performance of laser speckle flowgraphy system for the analysis of ocular blood circulation is greatly improved to achieve higher resolution and a wider field of view for blood flow mapping. It is shown that the quality of the blood flow map is influenced by the sampling format of the pixel points in the space- and time-varying speckle field.     

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。     

飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9不锈钢精度的影响因素

为了研究影响飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9不锈钢精度的因素,采用飞秒激光对0Cr18Ni9不锈钢进行了切割和打孔实验。利用光学显微镜、光学金相显微镜等设备,对不锈钢烧蚀区形貌和切缝显微组织进行检测,基于烧蚀过程中CCD实时采集到的不锈钢表面的激光光斑图样,采用COMSOL Multiphysic数值模拟软件,模拟了烧蚀过程中激光束的发散传播行为,并计算了光束发散角。结果表明:当激光重复频率为5kHz时,厚度为160μm的0Cr18Ni9不锈钢切缝和孔边缘被明显烧黑,切缝处晶粒明显长大,存在热影响区;烧蚀过程中,由飞秒激光超高功率密度所致的金属-空气混合等离子体使光束沿传播方向上发生散射,发散角在6°～10°之间。热影响区的存在和混合等离子体的行为是影响飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9不锈钢精度的主要因素。     

光束指向稳定性高精度检测方法研究北大核心CSCD

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。