一种基于自动多次曝光面结构光的形貌测量方法

为解决视觉测量中重建强反射表面时遇到的过度曝光或曝光不足的问题,提出了一种基于自动多次曝光的面结构光测量方法。该方法的核心是根据基准点像素值随曝光时间的变化计算相机响应曲线。利用相机响应曲线和不同曝光时间下的图像计算出当前场景测量所需的曝光次数和曝光时间。将具有不同曝光时间的图像序列融合成新的条纹图像序列进行重建。实验结果表明:所提方法能够准确计算每次曝光的时间,克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗的问题,能够实现高动态范围表面反射率物体的三维形貌光学非接触测量。     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响。首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

基于多尺度分析的激光光条中心点坐标提取方法

在线结构光测量系统中,激光光条图像中心准确提取是影响整个测量系统精度的关键因素之一。针对高反光等复杂环境下光学测量中激光光条图像中心提取问题,提出了一种基于多尺度分析的激光光条图像中心高精度定位方法。该方法利用骨骼化图像处理方法确定激光光条图像中心的初值,根据每一个光条中心初值处的光条宽度确定该位置处对应的高斯核均方差σ的初值。对图像进行多尺度卷积,确定最优的σ值,并求得光条亚像素级中心点,最后完成光条链接。结果表明该算法抗噪声能力强,可实现光条宽度变化较大的激光光条图像中心的高精度提取。     

光条亮度对线结构光测量精度的影响

光条中心的提取精度直接影响线结构光传感器最后的测量精度,而光条亮度是影响提取精度的主要因素。提出了光条中心提取精度的评价方法,通过实验获得光条亮度与光条中心提取精度之间的关系曲线;为了在实际测量中能获得最佳光条亮度(对应最高的提取精度)设计了基于D/A转换的光条亮度自适应调节电路。实验结果表明:光条过暗或过亮都会使线结构光传感器的测量精度降低,在测量不同颜色的表面时通过光条亮度的自适应调节均可获得最高的提取精度。     

超高速分幅相机曝光时间测量的误差分析

基于超高速光电分幅相机曝光的控制原理,从光纤切割精度和激光器精确同步两个主要影响因素出发,讨论了采用超快激光脉冲和光纤阵列形成光延时结合CCD相机的方法测量高速相机曝光时间的误差,并提出了降低误差的技术措施。分析表明,光纤切割精度和激光器精确同步引入的误差仅为皮秒级,对纳秒级的相机曝光时间测量的影响可以忽略。采用光纤束阵列法,实验测量了超高速光电分幅相机的曝光时间,对比测量值与标称值,二者吻合良好,验证了此方法的有效性。     

微通道板选通X射线皮秒分幅相机曝光时间的均匀设计

将均匀设计法应用于微通道板选通X射线皮秒分幅相机(MCP－XPFC)曝光时间的研究工作中,目的是找到一个简单高效的试验预估方法来指导分幅相机的研制和试验工作.基于分幅相机皮秒动态选通理论模型,建立了采用0.5 mm厚、长径比40的MCP的皮秒分幅相机选通脉冲参量与曝光时间之间的快速预估模型.利用这一模型得出了相机的曝光时间随选通脉冲脉宽和幅值分别呈抛物线变化,且脉宽和幅值对曝光时间具有交互影响作用.在试验参量范围内,此预估模型能够精确地代替相机理论模型和高效地指导实验.通过实验验证了预估模型,并分析了影响结果的因素.     

基于加权能量集中度的光条成像质量评价方法研究

线结构光视觉传感器的光条成像质量是判断摄像机曝光时间设置是否合适,系统能否达到最佳测试精度的重要因素。从横截面近似高斯分布的光条出发,综合考虑影响能量集中度的峰值灰度和光条宽度,提出了一种基于加权能量集中度的光条像质量评价方法。光条图像和背景图像作差获取差分图像,提取光条直线方程并根据法线方向旋转差分图像使得光条完全垂直于图像水平轴,获取光条的截面灰度分布情况,并计算加权能量集中度,根据经验阈值判断光条成像的质量。实验表明,随着曝光时间加大,加权能量集中度在数值上先增大后减小,因此通过阈值可以很好地评价光条成像质量。     

等离子体显示大面积闪烁的客观评价

针对等离子体显示普遍存在的大面积闪烁现象,提出了一种基于时变光信号亮度测量系统的大面积闪烁客观评价方法。时变光信号亮度测量系统利用光电管和亮度计,实现了对显示屏输出光信号亮度值随时间变化的快速、准确记录。基于阴极射线管显示临界闪烁频率估算模型,通过主观视觉感知实验,利用测量系统得到亮度随时间的变化关系,建立了平均感知闪烁程度估算模型。估算模型输出结果与视觉感知实验数据相关系数达到0.98。该测量系统与估算模型实现了对等离子体显示大面积闪烁的客观度量,并与主观视觉感知实验结果相吻合,是等离子体显示屏优化设计和显示行业标准建立的有效工具。     

基于光谱分析方法的光引发剂量子效率评估

基于光谱学和Beer-Lambert定律,提出了一种评估光引发剂量子效率的新模型和方法,并给出了有关的理论分析.研究通过增加曝光厚度的方法,测定了光引发剂1173(HMPP)曝光过程中的吸收光谱,根据吸收光谱的特征峰值随曝光时间的变化速率与评估模型,获得相应的量子效率.研究结果表明:光引发剂1173在247 nm和285 nm处存在两个吸收峰;主吸收峰(247 nm)的量子效率为0.278%;实验结果与理论分析一致.     

结构光光条中心点信度评价方法与应用

结构光三维测量中,光条中心点的提取是极其重要的步骤.现有方法对结构光条中心点提取都仅仅是标志中心点的位置,而中心点位置的可信与否,并未提及.对于一些特殊场合应用,例如室外复杂情况的测量,需要确定测量结果的可信程度.如何评价光条提取的中心点的可信程度成为亟待解决的关键问题.针对这一问题,对光条模型进行实际分析,给出了更为...     

门控型像增强器开门时间测量

提出了采用超快激光脉冲与光纤阵列形成的光延时、跟CCD相机相结合的方法,对门控型像增强器进行了开门时间的测量,分析了该测量方法的可行性,建立了门控型像增强器开门时间的测量系统。用该测量方法对超高速光电分幅相机中的门控型像增强器开门时间进行了测量,得到了10,20,30,50 ns档开门时间的实验图片,与所加的快高压脉冲时间12.50,18.50,28.75,48.60 ns相比较,开门时间的测量精度得到了提高,该测量方法可用于超高速光电分幅相机曝光时间的标定。     

时间飞行法测量光阱刚度的实验研究

传统的测量光阱刚度的方法如功率谱法是基于微粒的布朗运动,适用于直径范围几百纳米到几微米的微球,在几微米以上并不具有明显优势．本文发展一种时间飞行的方法测量光阱对微球的刚度．该方法是基于跟踪微粒的运动轨迹获得光阱刚度．通过比较不同功率下,不同大小以及不同材料的微球的光阱刚度和误差,结果表明时间飞行法适用于直径范围5—10μm的微球;论文中用功率谱法和均方位移法测量了5μm标准聚苯乙烯小球的光阱刚度与时间飞行法测得的结果作为对比,由于受相机采集速率的影响,所测刚度值比理想值偏高,比较而言,时间飞行法的测量结果更加接近于真实值,对于光阱刚度的快速标定有着重要意义．该方法可以应用在特殊光场分布的激光阱中测量微球的光阱刚度;在实现细胞层次的力学特性测量中它可避免使用微球作为探针,为更深层次研究细胞上的复杂单分子过程提供了一个研究手段．     

基于小波分析的气泡光散射空间谱强度分布的高斯拟合算法优化

将小波消噪方法应用在采用CCD器件作为光传感器的尾流气泡光散射空间谱强度分布检测技术中, 发现CCD输出经过消噪后的高斯拟合曲线比其直接进行高斯拟合的结果更逼近实际的气泡光散射谱强度分布,可以有效减小测量误差,使高斯拟合算法得以优化,从而解决了CCD饱和与测量噪音对散射谱强度分布半值宽度和峰值的影响,提高了用气泡光散射谱强度分布判断水中气泡存在和气泡大小的准确度.     

新型航空镜间快门对光学传递函数的影响分析

光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标。基于为数字航空摄影相机设计的一种新型航空镜间快门的工作特性,镜间快门在控制曝光过程中改变了相机光学系统的光瞳形状,意味着点扩展函数的改变,从而改变了光学系统的传递函数。将光学系统视为一个空间频率的滤波器,以傅里叶积分变换和光的标量衍射理论为基础,将孔径光阑的变化过程与光瞳函数建立关系,应用二次傅里叶变换法得到光学传递函数,分析快门在工作周期内对光学传递函数的影响。通过对计算结果与测量结果的对比分析可知,传递函数的最大绝对误差为0.196,最大相对误差为-0.274,有较好的准确度和重复性,并且缩小镜间快门开始和关闭阶段所用时间占整个曝光时间的比例,可以提高系统的综合传递函数,为中心快门的优化设计提供理论依据。     

一体化光幕阵列测量误差分析与结构参数优化

针对一体化六光幕阵列测量模型,提取模型中光幕结构参数,在MATLAB中建立模型进行仿真,逐一分析各结构参数影响下的对弹丸飞行速度和坐标测量误差的影响规律,给出结构参数优化方法。基于优化的结构参数典型值得到了1 m×1 m矩形靶面范围内弹丸飞行速度和坐标的测量误差分布。实弹试验表明弹丸飞行参数测量与仿真分析具有一致性,横坐标测量误差不超过3.1 mm,纵坐标测量误差不超过4.8 mm,速度测量误差小于1.1 m/s。该结果可为光幕阵列测量设备的工程设计提供理论依据,也可为提高身管武器弹丸飞行参数测量精度提供参考。     

光腔衰荡法数据截取对时间常数测量精度的影响分析

光腔衰荡方法是目前测量光学元件超高反射率(反射率>99.9%)的唯一方法。介绍了一种对光腔衰荡法中激光信号强度与时间关系的优化提取方法。设计了基于光腔衰荡法的光学元件超高反射比的测试系统,通过对采集的光腔衰荡曲线数据进行分段指数拟合,将光腔衰荡曲线数据分为5段,对每段指数拟合结果对应的R² (R-square)和RMSE(root mean squared error)值进行对比分析,计算每段指数拟合的衰荡时间。实验结果表明:截取光腔衰荡曲线数据40%～60%部分拟合得到的结果最接近真实值,求得对应的腔镜的反射率为99.988 977%。最后通过与腔镜的自身反射率进行比较,表明该种数据拟合方法能有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

基于线结构光的双目三维体积测量系统

针对工业应用中工件的体积测量问题,设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹,精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理,由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标,完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下,经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建,并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。     

基于光谱分析方法的光引发剂量子效率评估

基于光谱学和Beer-Lambert定律,提出了一种评估光引发剂量子效率的新模型和方法,并给出了有关的理论分析.研究通过增加曝光厚度的方法,测定了光引发剂1 173（HMPP）曝光过程中的吸收光谱,根据吸收光谱的特征峰值随曝光时间的变化速率与评估模型,获得相应的量子效率.研究结果表明：光引发剂1 173在247 nm和285 nm处存在两个吸收峰|主吸收峰（247 nm）的量子效率为0.278%|实验结果与理论分析一致.     

X光能点、放大倍率及针孔尺寸对空间分辨的影响

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法,对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简,分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中,通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF),结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数,进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致,验证了通过菲涅耳衍射模拟X光针孔成像的可行性。     

近距离LED光通信直视信道模型研究

利用高斯拟合函数确定了小发散角LED的类高斯发光模式,并根据光辐射特性和发光模式建立了LED直视信道模型.实际测量了服从朗伯、类高斯发光模式的多种多波段LED的接收光功率与信道参数的关系.实验结果表明,接收光功率的实测值与信道直流增益计算的理论值的平均相对误差小于±6%,该结果验证了本文提出的直视信道模型的正确性.