用Hough变换提高激光光斑中心定位精度的算法

在激光扫描大型三维曲面测量中, 激光光斑中心的准确定位是提高测量分辨力的关键。当测距范围较大时, 受多种因素的影响, 激光光强分布严重不均致使其几何中心与强度中心发生了偏离。此时, 传统的光斑中心提取方法不能适用。为此, 根据光斑图像仍能给出圆形光斑的大部分轮廓这一特点, 提出了基于Ｈｏｕｇｈ 变换的激光光斑中心读取方法。实验结果表明该方法对提高大型三维曲面测量精度是有效的。     

用Hough变换提高激光斑中心定位精神的算法

在激光扫描大型三维曲面测量中,激光光斑中心的准确中定位是提高测量分辨力的关键。当测距范围较大时,受多种因素的影响,激光光强分布严重不均致使其几何中心与强度中心发生了偏离。此时,传统的光斑中心提取方法不能适用。为此,根据光斑图像仍能给出圆形光斑的大部分轮廓这一特点,提出了基于Ｈｏｕｇｈ变换的激光光斑中心读取方法。实验结果表明该方法对提高大型三维曲面测量精度是有效的。     

太阳模拟器光斑自动对焦系统设计

为提升多光源太阳模拟器复合光斑的对焦精度,以构建的多光源太阳模拟器为实验研究对象,采用机器视觉的方法提取聚焦光斑中心世界坐标,将太阳模拟器简化为关节机器人,利用D-H法得到灯单元反向运动学参数,进而完成光斑自动对焦系统设计,对光斑自动对焦系统进行了简单实验。结果表明:多光源太阳模拟器聚焦光斑中心对焦精度误差在1mm以内,可以满足预期的太阳模拟器实验需求。     

半导体激光耦合新方法

提出了一种脱离国外模式的半导体激光耦合新方法,使用该方法既可以直接将半导体激光耦合成亮度均匀、光束参数积（BPP）值在两个方向相等的方形光斑,也可和光纤耦合得到一个圆形光斑,且只用球面镜和柱面镜两种光学元件,不需采用国外方法中用到的其它类型微光纤元件。将系统的出瞳作为光斑来解决亮度均匀分布问题;通过消除光源间隔对BPP值的影响来减小慢轴的BPP值;利用点光源的特点使快轴和慢轴的BPP值相等。采用该方法设计了各种要求和规格的半导体激光耦合光学系统,如本文设计实例中的参数为：巴条上的光源数为19个,巴条数为21个,故光源总数为399个。得到的方形光斑尺寸为0.6 mm×0.6 mm,NA值为0.22。此外,和直径为1 mm光纤耦合还得到了一圆形光斑。与国外方法比较,该方法结构简单,工艺要求低,更适用于高功率、低BPP值的半导体激光器。     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。     

基于残差修剪的激光光斑高精度定位方法

为满足复杂靶标背景下激光光斑形心的高精度定位要求,提出了一种基于几何特征约束残差修剪的定位方法.首先通过分析成像特点提取激光光斑;然后在几何特征约束下对残差边缘进行二次修剪,优化边缘;最后利用最小二乘拟合法得到激光光斑形心的精确定位,并将其应用于火炮的重要静态参数--弯曲度测量.实验结果表明,该方法具有较强的稳定性,定位精度高且实时性好,与传统的定位方法相比,复杂靶标上激光光斑的水平和竖直定位偏差均由±1.2 pixel提高到±0.2 pixel,单次定位时间小于0.31 s,可实现复杂靶标背景下激光光斑形心的快速精确定位.     

光栅衍射型超广角激光告警系统光斑定位方法

成像光斑中心精确定位是光栅衍射型超广角激光告警系统具有高定向准确度和高波长分辨能力的基础.本文分析了光栅衍射型超广角激光告警系统成像光斑特点.针对随激光入射角增大,系统成像光斑畸变为强度近似高斯分布倾斜光斑的问题,提出一种改进型高斯拟合法计算光斑中心,通过仿真模拟和实验测试研究了新方法的定位性能.模拟结果表明,高斯噪音标准差为0.01情况下,光斑长轴与x轴夹角由0°逐渐增大为90°过程中,本文方法的定位误差平均值小于0.005像素,误差标准差小于0.02像素.实验测试表明,实验图像经帧相减和高斯平滑滤波预处理后,光斑长轴与坐标轴方向一致时,本文方法与高斯拟合法的定位结果非常接近,明显优于灰度重心法.光斑倾斜时,本文方法求得的激光入射方向角的误差均值和标准差明显小于灰度重心法和普通高斯拟法.     

大气湍流环境下光斑中心定位算法研究

以提高通信链路的稳定性为目标,针对传统算法如形心法、质心法等在大气激光通信中定位稳定性较差的问题,提出了一种滑动加权质心定位算法.改进了自适应阈值分割方法,提高光斑定位的精度;对光斑进行去背景噪声处理和中心噪声补偿,最大程度保留光斑有效灰度范围;通过非线性权重质心定位算法进行粗定位,加入滑动补偿机制后实现光斑中心的精定...     

位置敏感探测器综合实验仪的研制

在研究了位置敏感探测器光斑中心定位理论的基础上,研发了用于学生实验的位置敏感探测器综合实验仪.该实验装置采用硬件和软件2种光斑中心定位方式,能够实现简单、直观、快速、准确的光斑定位与测量.     

大功率高光斑均匀性半导体激光复合光源

 为了获得具有更高输出功率和良好光斑分布均匀性的半导体激光光源,根据半导体激光优良的偏振特性,利用偏振分光棱镜将2束大功率激光束合成为一束更大功率的光束,通过一个发射系统投射。在光束合成前采用非球面光学系统对每个激光器慢轴方向的光束进行扩束,使其与快轴方向光束发散角基本一致。实验证明,此种半导体激光复合光源具有良好的光斑均匀性,其输出功率是2个半导体激光器输出功率之和,完全满足激光制导等军用系统对激光功率和光斑均匀性的要求。     

一种应用于大范围视觉测量的二维卷积光重心法

机器视觉由于具有非接触、可视化好、自动化和智能性高等优点,在航空航天、国防、工业现场等重要领域得到广泛的应用,其特征点的检测精度会大大影响视觉测量的精度。在研究视觉测量的光点中心提取技术的过程中,提出二维卷积光重心法,可有效地抑制光点边缘对光点中心位置的影响,大大地提高了光点中心的提取精度,既可以应用于发光特征点的提取,也可以应用于反光特征点的提取。利用该方法提取空间特征点进行三维重构的精度也比其他方法要高,能达到10^-4左右,基本满足工程测量的要求。     

强激光远场焦斑重构算法研究

 通过CCD图像采集单元结合传统的列阵相机测量高功率固体激光器的远场焦斑分布，采用图像处理技术的边缘算子提取焦斑的几何中心，提出通过几何中心对心的焦斑嵌套重构算法，解决了光斑饱和时的对心难题，实现了快捷准确测量激光焦斑，为激光器的实时控制提供参考数据。     

The auto-measurement of the gap of LCD glass plates using sub-pixel accuracy estimation

In this paper, the distance between laser spots has been measured using sub-pixel accuracy estimation and the accuracy has been tested in a noise environment. Here, the correlation like method (CLM) is used for the distance measurement between two laser spots and to count the estimation precision effect under noise factor by relevant CLM theorems. From the maximum value of the data series, then the position of the center of laser spot can be derived by interpolation. The estimation precision effect under noise factor and DC offset are tested and analyzed by a computer system. Also, for improving the estimation precision, a Kalman filter, which is often applied for random estimation and control theorem, is adopted. The innovation research combines CLM, and Kalman filter in sub-pixel accuracy estimation is more precise. This method can be used for measuring the gap of LCD glass plates, of optical strain gauge and the characteristics of spectral, quickly and can be automated.     

基于激光和CCD组合的小孔转轮重复定位精度测量方法

小孔转轮是某试验装置光路自动校准系统的关键器件,重复定位精度是其重要指标之一。为了有效测量运行于真空环境下的小孔转轮重复定位精度,提出了一种基于激光和CCD组合的测量方法,并以转轮滤波小孔光斑中心的位置重复性作为其重复定位精度的评价指标,搭建了一套完整的测量系统。利用CCD采集通过转轮滤波小孔的激光光斑,通过图像处理的方法对激光光斑图像进行滤波去噪、阈值分割、二值化、边缘检测等预处理,利用最小二乘法对激光光斑进行圆拟合,得到光斑中心坐标。在非真空环境下与激光干涉仪进行了对比实验,两者测量的角度偏差仅相差11″,表明了该测量方法具有较高的精度,可以满足测量要求。采用该测量方法对真空环境下的小孔转轮进行了约6 h正反往复各60次的重复性测量,结果表明,该测量方法能有效测量真空环境下小孔转轮的重复定位精度。     

Accurate measurement method of the thickness of a quartz pendulous reed by combining polarized reflectance and vision image

The detection of thickness provides important information on the production process of the quartz pendulous reed (QRP). Through real-time detection of QPR thickness, high-quality products can be produced, and defective products can be identified and removed. In order to improve detection accuracy and efficiency, a novel noncontact method for measuring the QPR thickness by combining the polarized reflectance and vision image is presented, which can be automated. Based on Snell’s law of fundamental optics, the image of the laser spot is obtained by a laser vision system. The selection criterion of the laser incident angle is analyzed. An improved edge detection algorithm is proposed to locate the subpixel edge of the laser spot, and the calculation method of the laser spot center is presented based on a set of subpixel edge-point data obtained by defining an error function which is to optimize the distribution of data points and minimize it. Experimental results show that the method proposed has good stability and high measurement accuracy, which can achieve noncontact accurate measurement of QPR thickness.     

基于数字微镜阵列光调制的激光防护系统

提出一种基于数字微镜阵列(DMD)的激光防护系统设计方案, 利用DMD的光调制作用减少强激光对光电成像设备的损坏.详细介绍了系统的工作原理、DMD及CCD的选型、投影光路和光学转换系统的设计, 运用相移莫尔法进行了图像像素的调校.模拟实验结果显示, 该系统可在不同光斑半径和光强的条件下成功识别激光光斑中心点的像素坐标和半径, 实现对光斑对应区域的微反射镜控制, 激光光强可衰减70%以上.     

A method for measuring the thickness of transparent oil film on water surface using laser trigonometry

We present a method for measurement of thickness of transparent oil film on water surface based on laser trigonometry. With an oblique incident mode of single-point laser triangulation ranging system, laser light is incident on the upper and lower surfaces of the oil film being measured and an ellipse light spot is formed on the upper and lower surfaces of the oil film. The two light spots are imaged on an image plane CCD by an imaging lens and the image spot is formed and stored in a computer. The thickness of oil film being measured can be obtained by displacement of the image spot and the configuration parameter of the imaging system. The experiment is conducted using edible peanut oil and diesel oil. The research results show that the method presented in this paper is feasible and applicable to dynamic on-line measurement of oil film thickness of oil spill on sea surface.     

基于偏心光束法的离焦量探测装置及计算方法的改进

引入生物显微镜用于探测病理切片离焦量。针对反射光斑内部纹理缺陷、畸变严重的特殊情况,通过自适应中值滤波、基于Ostu算法的Canny边缘检测(去除非圆弧边缘部分)、畸变校正、最小二乘法拟合非完整圆等算法,直接计算光斑半径大小及离焦方向,建立光斑半径与离焦量的线性关系模型。实验结果表明,与传统的灰度重心法相比,离焦量计算方法抗噪性强、稳定性高,可大幅度地提高线性关系模型的范围及光斑半径、圆心位置的准确度。