一种非接触式位置测量方法的研究

在一般的非接触式位置测量系统中,通常使用三个线阵CCD来测量物体的空间位置。但是在有些场合,这种方法很受限制。介绍了一种测量方法,该方法是由力矩电机带动一个线阵CCD旋转来扫描被测目标的。结合三角法,能够同时测量出被测物体在三个方向的位移及水平摆角。实验结果证实了该测量方法具有很高的测量精度。在国防、交通、矿山、城市建设等领域有着广泛的应用前景。     

基于线阵CCD空间滤波效应的航空相机像移速度测量方法

基于空间滤波测速原理,提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样,模拟了多狭缝的空间滤波特性,实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数,对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析,并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明,对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度,测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel,能够满足航空相机像移补偿精度的要求。     

双线阵CCD光学拼接与误差分析研究

基于线阵CCD的图像测量技术是当前工程应用中的一个重要领域,针对当前高精度大动态范围测量和标准线阵CCD测量范围及线阵CCD几何结构之间的矛盾,提出了一种高精度大范围的线阵CCD测量拼接方案.利用半反半透镜平面反射原理设计了双线阵CCD高精度拼接的光学拼接系统的光机结构原理,给出了重叠像元的标定原理,对其标定和拼接误差...     

基于面阵CCD的激光光束参数测量系统精度分析

研究了使用面阵CCD探测器测量激光束空间参数中的问题,采用计算机模拟的方法讨论了CCD的积分范围、动态范围、A/D转换量化精度和光斑最大光强对于光束参数的影响,根据分析结果提出了对CCD器件和测量方法的要求。     

基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法研究

针对传统光学成像测量方法对高速运动目标成像帧频低、像质模糊,难以满足对目标形变高精度测量的缺点,提出一种基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法。该方法利用线阵CCD高分辨率、高帧频等优势,通过提取线阵CCD输出目标强度——像素曲线斜率变化率最大点来获取目标所占像素数N的像素数提取方法,同时采用DMD模拟高速运动目标形变过程,配合基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法进行形变测量实验验证。实验结果显示采用该方法对V=450 km/h的高速运动目标进行形变量测量时,可以满足目标形变测量偏差小于0.3 mm,标准差小于0.5 mm,相对误差最低0.01%。实现了高速运动目标形变量的准确测量,为高速磨损测试、高温形变测试、高压形态测试等奠定了基础。     

旋转粗糙目标动态散斑统计特性研究

针对旋转目标视线角和角速度的特征识别问题,基于激光散射理论,分析了可见光波段激光中旋转对称目标动态特性,设计了多姿态旋转运动目标的时序散斑测量光路.研究结果表明:采用多幅图相关函数计算方法对时序图进行处理,得到了不同视线角和角速度的动态散斑归一化时间相关函数曲线.给出了目标范围为0.5r/min~6r/min角速度,范围为20°~90°视线角与时间统计特性的关系.     

用低精度CCD获得高精度测量方法的研究

为了大幅提高线阵CCD的测量精度,提出了一种全新的CCD使用方法。该方法是将N个像元间距为H的线阵CCD器件许排组合住一起,并沿像元线性分布方向以距离为H/N依次均匀错开排列。多个线阵CCD的感光电信号经多通道模一数同步采集,保存到存储器中指定位置。然后,通过对所有CCD测量数据的分析计算来获得精确的测量值。分别采用单CCD和双CCD错排对长为30mm,直径为5．000mm、8．000mm、12．000mm的三个标准杆件的直径进行了测量。结果表明,蚁CCD错排可获得两倍于单CCD的测量精度。该方法可从理论上彻底打破CCD像元问距的限制,并使线阵CCD的测量精度大幅度地提高。     

用正交线阵CCD实现高精度小圆孔自动测量

提出了一种使用线阵CCD自动测量小圆孔参数的方法。该方法充分利用了线阵CCD分辨率高的特点 ,适当的光学设计使两个线阵CCD正交 ,通过测量小圆孔的夫琅和费衍射条纹 ,实现了小圆孔半径的一维参数高精度自动测量和圆度误差的二维参数定性自动测量。该方法具有一定的实用价值及应用前景。     

采用单线阵CCD测量工作台二维位移的研究

研究了一种采用单线阵CCD测量二维工作台位移的方法。提供给CCD一个发光面形状为直角三角形的被拍摄目标,该目标固结在二维工作台上。使被拍摄目标的像在CCD光敏线上的宽度和位置随二维工作台的位置而改变,通过用一个单线阵CCD测量出目标像的宽度和位置,就可以同时测量出二维工作台在正交的X和Y方向的位移。相对传统的二维位移测量系统来说,所提出的系统具有结构简单,测量速度快和成本低的优点。     

基于面阵CCD芯片KAI-1010M的TDI三线阵工作方式

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统,采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加,实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式;采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频,克服面阵帧周期长的缺点,实现三线阵工作方式,最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明,此实现方式是可行的,最大帧频可达54.3 fps,控制曝光时间的方式灵活,而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.     

基于面阵CCD芯片KAI-1010M的TDI三线阵工作方式

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统,采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加,实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式|采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频,克服面阵帧周期长的缺点,实现三线阵工作方式,最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明,此实现方式是可行的,最大帧频可达54.3 fps,控制曝光时间的方式灵活,而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.     

基于三线阵CCD空间目标的高精度位姿解算

为了解决三线阵CCD空间目标位姿测量的精度问题,提出一种高精度位姿解算方法。该算法将所有线阵CCD相机的坐标系进行统一化处理。通过建立一个新的误差评价函数,运用改进的正交迭代算法求解位姿参数,并进行非线性优化。仿真和实际测量结果表明,该算法有效避免了因数据恶化或初值选取等因素造成的不收敛或收敛差的问题。与传统算法相比,该算法测量精度和抗噪特性均得到有效改善,计算效率提高了4.6倍,实际测量的6个自由度的最大相对误差为0.71%。该测量系统可实现对空间目标的高精度实时测量,且具有安装方便、应用范围广等优点。     

线阵CCD立靶系统全视场测量误差分析

基于线阵CCD交汇立靶测量系统空间坐标新误差分析模型,用matlab分析了在图像判读精度为±0.5像素的情况下测量系统整个靶面误差情况。在理论分析基础上,用两相机间距为1664mm的线阵CCD正交交汇立靶测量系统对垂直靶面入射的小钢珠进行了空间坐标测量实验。实验结果表明,在线阵CCD有效靶面内,水平方向误差约为0.5mm,垂直方向误差约为0.8mm;与理论分析结果水平方向误差不超过0.5mm,垂直方向误差不超过1.1mm一致。     

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。     

动态光散射图像法测量纳米颗粒粒度研究

提出了一种基于动态光散射原理的图像法测量纳米颗粒粒径的新方法,采用面阵CCD数以万计的像素同时并行测量处于布朗运动的纳米颗粒空间分布的动态散射光信号,对测得的信号进行数据处理,得到了纳米颗粒粒径。对27、79、482、948nm 4种不同粒径的纳米标准颗粒进行了实验研究,针对面阵CCD拍摄帧率远低于光电倍增管测量频率的特点,采用质量分数为55%高粘度甘油水溶液作为分散介质,在CCD拍摄帧率为8290frame/s时,27nm颗粒的测量误差从以水为分散介质时的15.1%降至1.9%。与目前动态光散射纳米颗粒测量方法相比,该方法大幅度减少了测量时间,仅为现有方法的1%以下,并可大幅度简化测量装置。     

线阵CCD用于长距离衍射准直测量

本文介绍了在半导体激光光纤与位相板相结合的准直情况下,利用线阵ＣＣＤ探测器测量大型工件形位误差遇到的光强变化而引起测量误差的问题,并对用线阵ＣＣＤ进行衍射信号测量的原理和特点作了分析。根据ＣＣＤ的工作原理和特性,提出了利用自动控制ＣＣＤ积分时间的方法,使ＣＣＤ输出的信号峰值保持恒定,提高了系统的测量精度。     

航天线阵CCD相机推扫成象过程的象质研究

本文从线阵CCD相机推扫成象的原理出发,根据CCD器件动态时间积分的特点,指出了它与胶片型航天相机成象的区别,推导出了沿航迹方向和穿航迹方向由光学图象向光电图象转换的调制度公式.在线性传递情况下推导了图象动态传递的MTF一般公式,并由此公式说明以往对于推扫成象的MTF计算公式仅为一般公式中的一个特例.提出了象元积分重叠率的概念,并讨论了它对整机MTF的影响.指出了线阵CCD相机在特征频率下正常成象是有一定概率的,并提出了其正常成象概率的具体算法.     

基于线阵CCD的高速光谱信息采集系统的研究

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点,设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后,通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明,利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量,具有较高的测量精度和速度,可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储,并可应用于其它瞬态信息的获取领域.     

线阵CCD全饱和单侧拖尾特性分析

在用532nm连续激光辐照TCD-1200D型线阵CCD的过程中,发现了光斑的全饱和单侧拖尾现象。为了分析这种现象的特性,实验测量了拖尾长度随激光功率、CCD积分时间和CCD驱动频率的关系,发现拖尾长度随着激光功率和积分时间的增加而增加,但在一定范围内与CCD驱动频率无关。通过理论计算和实验数据分析拟合发现,拖尾长度和激光功率密度和积分时间的乘积有关,并根据激光辐照下CCD器件光生电荷量的产生过程,推导出了拖尾长度与CCD势阱光生电荷量的关系,得到了拖尾长度随光生电荷量的变化曲线,为全饱和单侧拖尾现象机理分析提供了数据支持。     

一种时间分辨激光诱导击穿光谱的测量方法

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性,提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间,获得不同延时下的LIBS光谱信号,对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度,将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分,得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度,同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。以等离子体产生后持续时间为横坐标,计算所得谱线差值强度为纵坐标,即可获得特征谱线的强度演化曲线。通过实验验证,使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统,该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量,可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程,降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。