“句芒号”激光光斑质心提取方法与稳定性分析

根据句芒号足印影像特点,提出一种针对复杂背景噪声的激光光斑质心提取方法：基于灰度转换模型去除地物背景,结合距离约束、高斯滤波和大津阈值分割去除影像噪声,并利用灰度重心法计算质心坐标。使用所提方法对多种地物类型仿真光斑和实测光斑进行质心提取,结果表明：所提方法的质心提取均方根误差约为0.074 pixel,最大误差约为0.482 pixel,对句芒号光斑影像的适应性较好。对句芒号足印影像光斑开展了稳定性分析,结果表明,所有激光波束的光斑质心坐标的标准差小于0.34 pixel,激光器与光轴监视相机的相对几何关系较为稳定。所提方法可用于激光光斑质心提取及稳定性监测,对句芒号激光数据处理和应用有一定参考价值。     

基于改进Zernike矩的远场激光高精度中心测量

针对远场激光光斑分布不均匀、形状不规则的特性，提出一种基于改进的Zernike矩的远场激光高精度中心测量方法。在传统Zernike矩亚像素边缘检测基础上，使用新型的logistic边缘检测模型和阶跃阈值自适应提取方法，在减少人工对阶跃阈值误判的同时，提高对实际边缘的识别精度，最后使用最小二乘法椭圆拟合得到高精度激光光斑中心。该方法在远场激光中心检测中，单帧误差在0.5 pixel左右，连续多帧中心偏差波动在1 pixel以内，拥有较高的精度和可靠的稳定性。     

激光跟踪仪靶标球镜面中心定位方法

当激光跟踪仪应用于多传感器三维视觉测量系统的全局标定时,由于标定现场环境复杂,靶标球镜面区域所成光斑随环境光强、视觉测量系统观察角度和激光投射角度的变化而改变,给靶标球镜面中心的准确定位提出了很大的挑战。设计了一种对光照变化不敏感、对激光点形状和光强分布无要求的靶标球镜面中心定位方法。该方法首先利用图像分割法准确定位靶标球所在区域,然后对该区域进行滤波,去除图像中的噪声并增强靶标球与背景的对比度,之后进行靶标球分割和强反光区域去除,通过图像形态学处理得到靶标球镜面区域,最后对该区域的像素坐标进行统计,得到镜面中心定位坐标。实验采用79幅复杂多变的镜面区域光斑图像进行实验验证,该方法正确定位率可达到91.2%,其中平均定位误差RMS低于0.74像素,基本满足全局标定对靶标球镜面中心定位精度的要求。     

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

 为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论,并通过实验进行了验证.     

针对散射激光的全向激光告警系统激光威胁源定位技术研究

针对目前散射激光告警中只能定位到散射激光光斑,而不能追溯到敌方来袭激光源的现状,构建了战场环境下包括敌方威胁激光源、照射于某平台上的散射激光光斑以及全向激光告警系统在内的空间三维几何模型,推导了平台上散射激光光斑轮廓解析表达式,以及轮廓上任意一点相对鱼眼镜头的物方半视场角表达式。将成像于探测器上的光斑进行鱼眼成像畸变校正并取光斑边缘点,计算得到三维几何模型诸参数。再将模型参数与传感器阵列信息相结合,可最终获取敌方威胁激光源相对系统的方位和距离信息。最后对以上方法进行了实验验证并对产生误差的原因进行了分析。     

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形...     

激光谐振腔自动稳定调节的一种方法

本文讨论了激光谐振腔的稳定调节系统.对失调的激光谐振腔的输出光斑进行图象处理,检测出光斑的内外圆环的边缘,然后用曲线拟合的方法得到内外圆环的几何中心坐标,计算出光斑的能量偏移和位置偏移.运用几何光学和衍射光学的有关知识,推导出激光谐振腔镜的倾斜角和光斑偏移量的关系,利用这个关系来实时调节谐振腔,使谐振腔准直.我们做了大量的实验证明这种方法是切实可行的.     

无衍射光莫尔条纹的中心定位方法

无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。     

一种激光光斑衍射环的检测方法

提出一种对激光光斑的衍射环进行检测的方法,该方法将衍射环的检测转换到梯度空间进行.该方法首先应用衍射环梯度方向信息定位可能是衍射环的区域,然后应用衍射环梯度模值信息进行校验,找出真的衍射环,并对真衍射环进行精确定位,从而达到对光学元件进行间接损伤检测的目的.模拟激光光斑图像的衍射环检测实验表明,该方法误报率低,定位准确.     

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.     

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。     

一种新的激光光斑参数快速计算方法

提出了一种利用弦的特性快速提取激光光斑参数的二维Hough变换方法。基本步骤是在圆形光斑边缘图像上作两条交于边缘上一点且相互垂直并分别平行于坐标轴的弦,通过这两条弦与光斑圆心及半径的几何关系,求取光斑的中心坐标和半径。遍历所有边缘点,对参数空间二维中心坐标数组投票,最大值对应参数即为光斑中心坐标。分析一维归一化半径直方图,求得光斑半径。实验结果表明,与传统的Hough变换相比,该算法在运行时间和空间效率上都有很大提高,具有更强的实用意义及应用前景。     

高功率激光驱动器光束自动准直目标定位算法

为满足高功率激光驱动器光束自动准直的高精度和实时性要求,提出了一种快速高精度的自动准直目标定位算法。首先利用变结构元广义数学形态学边缘检测算法在充分提取图像边缘细节信息的同时抑制图像噪声的影响,然后采用拉格朗日多项式插值算法对圆目标轮廓进行快速亚像素定位,最后利用最小二乘拟合以及几何形心拟合的方法实现图像中光斑目标中心的精确定位。该算法在神光Ⅱ升级装置的光路自动准直中得以验证,实验结果表明八路预放光路准直时间小于3 min,主放光路准直时间小于7 min,主放输出光束近场准直准确度优于0.2%,远场指向准确度优于0.2(RMS)。     

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。     

大气环境下激光光斑瞄准偏差的补偿方法研究

针对大气环境下激光光斑瞄准偏差的问题,设计了激光光轴偏差测试系统,讨论了大气环境中由于诸多因素的影响而导致激光光斑几何中心与目标中心发生偏移而不能对准的现象。提出了数字图像处理技术与重心法相结合的一套新的偏差补偿算法。充分利用激光光斑全场数据,从理论和实验上对大气环境下的激光光斑瞄准偏差进行了分析和研究。外场实验结果表明,该方法可以对瞄准偏差进行有效补偿,具有较高的工程应用价值。     

双目视觉测量系统特征点提取与匹配技术研究

自主研发了一种光笔式双目立体视觉大工件尺寸测量系统,对测量系统中特征点的提取及其匹配技术进行了研究。测量系统采用 Canny 算子和 Zernike 矩相结合的算法实现椭圆光斑的亚像素边缘提取,根据得到的亚像素边缘点,采用基于最小二乘的曲线拟合法得到椭圆光斑的中心坐标。针对特征点的匹配问题,提出了一种基于位置约束的快速匹配方法。实验结果显示:所提方法能提取到椭圆光斑亚像素边缘,可精确计算出椭圆光斑中心坐标,匹配率达到95%以上。     

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。     

随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。     

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。     

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.