光速处理的高精度光电混合相关探测图像运动位移

为测量航天遥感相机因姿态不稳定以及各种扰动引起的图像运动,提出了基于光速处理的高精度光电混合相关探测测量方法.利用高速CCD和主CCD对同一目标进行成像,在曝光时间内高速CCD获取序列图像,利用联合变换相关器对所采集的图像序列进行光学运算,测量出相邻序列图像的运动位移.阐述了光学相关方法测量图像运动的原理,并模拟分析了噪声和不同运动条件下的测量精度.建立了相应的测量像移的实验系统,实验数字模拟及实验结果都证实了该方法的有效性,测量精度优于0.1像元,满足卫星遥感相机的使用要求.     

一种基于线阵CCD技术印刷电路板胶片的尺寸及缺陷在线检测方法

对于最大幅宽为500mm的胶片，提出了一种基于线阵CCD技术实现印刷电路板胶片尺寸及缺陷的在线检测方法。设计的线阵CCD和被测胶片相结合的二维双向运动机构完成扫描成像。设计的成像系统使得线阵CCD成像范围覆盖一个被测单元的幅面，避免了图像拼接时所引入的误差。扫描图像先经模板匹配定位感兴趣区域，再对针孔区域、缺角区域分别采用了区域生长法和差影法来实现缺陷检测，线段区域则通过区域分割法来实现尺寸测量。实验表明，该方法不仅能够对针孔、缺角进行有效的判别，而且能准确地测量出线宽和线间距，分辨率可达0．025mm。     

基于TDI-CCD的高速小目标交汇测量系统

介绍了TDI CCD图像传感器的工作原理和成像特点 ,提出了基于TDI CCD的交汇测量系统 ,初步分析了该交汇系统行扫描速率和目标运动速率的同步控制问题。同一般线阵CCD组成的交汇测量系统相比较 ,TDI CCD构成的交汇测量系统能够提高探测灵敏度、扩大动态探测范围、增大信噪比 ,从而大大提高系统对目标的捕获几率。同时亦可减小照明光源的亮度及功耗。对大靶面、高速小目标物体运动轨迹的精密测量具有重要意义。     

高速线扫描共焦检眼镜

高速线扫描共焦检眼镜使用线光束照明眼底视网膜,同时利用线阵CCD对视网膜平面的单次散射线光束探测成像。系统光学放大率为7倍,横向分辨率小于10μm,对于58kHz线频的1024pixel×512pixel成像模式,成像帧频高达110frame/s。该系统实现了高分辨率、高帧频模拟人眼实验图像的获取。     

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。     

全光纤频域光学相干层析成像系统优化研究

针对频域光学相干层析(SD-OCT)系统特有硬件(线阵CCD及分光光栅)参数对成像质量造成的影响,展开了对基于光纤的频域OCT系统中硬件参量的模拟和优化工作,分析了分光计中CCD线列阵像素数及数字化深度、CCD安装偏差等因素对OCT成像质量的影响,并对光谱像素图定位进行了修正.研究表明:纵向分辨率不受CCD线列阵像素数的影响,CCD线列阵像素数的增多将线性地增大最大测量深度;CCD数字化深度小于6 bit将直接导致系统纵向分辨率的锐减;线阵CCD偏离聚焦透镜焦面将导致点扩展函数的强度减弱、系统分辨率降低;在较小角度内转动CCD,将使纵向分辨率得到提高;采用氖灯光谱进行像素图定位校正之后,可以相应地提高系统分辨率.部分模拟结论得到实验验证.采用此模拟优化结果,可根据OCT成像的具体要求对系统硬件参量进行优化选择.     

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。     

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。     

基于正交柱面成像的空间物体位姿精密测量

针对航空、航天等领域大型装备组装对接过程中的大尺度空间物体实时的位姿测量需求,对现有基于面阵成像器件摄影测量系统的二维测角功能进行分解与重构,提出一种基于正交柱面成像的位姿测量新方法。该方法充分发挥线阵CCD器件一维角度分辨率高、采集速度快、处理简便等优势,以正交柱面成像光路简化了相机结构,并采用非参数标定方法校正了柱面成像畸变。针对空间物体姿态测量的坐标同步问题,研究了基于扩展卡尔曼预测的实时识别跟踪方法,实现了多个目标并行测量,并通过基于Rodrigues参数的姿态解算模型实现了实时姿态测量。实验结果表明,该测量方法得到的空间点三维坐标测量精度优于0.5mm,空间物体姿态解算在偏航、横滚、俯仰三个方向的最大测量误差分别为0.20°,0.12°,0.23°,具有较高的姿态测量精度。     

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进行了分析。通过拼接系统的实验室长期实验结果表明:方案拼接简单,实用可靠,系统的整体拼接误差约为0.019mm,且拼接不存在漏缝现象,拼接精度满足高精度测量的要求。拼接方案对高精度、大动态范围CCD测量实际应用有一定的参考意义。     

正交狭缝扫描式激光光束质量测量方法研究

传统激光光束质量测量方法在CCD相机靶面前激光光路上加装可调衰减模块，对激光光束进行衰减。但该方法受限于CCD相机像元尺寸限制，难以进行高精度测量。为此该文提出了一种滚轮狭缝式激光光束质量评价方法，在测量时采用狭缝滚轮上的扫描狭缝直接扫描被测激光光束，使用InGaAs探测器配合聚焦透镜进行测量。经过与电机同轴的高精度增量式编码器确保采集位置与采集数据同步，扫描频率根据被测激光脉冲频率和光斑的直径范围可进行调整，该方法对光斑空间采样分辨率优于1 μm。实验结果表明，采用该方法测得的激光M2因子数值与被测激光器提供数值一致，测量不确定度小于10%。     

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。     

A high-speed image sensing technique with adjustable frame rate based on an ordinary CCD

In the sinusoidal phase modulating interferometer technique, the high-speed CCD is necessary to detect the interference signals. The reason of ordinary CCD's low frame rate was analyzed, and a novel high-speed image sensing technique with adjustable frame rate based on an ordinary CCD was proposed. And the principle of the image sensor was analyzed. When the maximum frequency and channel bandwidth were constant, a custom high-speed sensor was designed by using the ordinary CCD under the control of the special driving circuit. The frame rate of the ordinary CCD has been enhanced by controlling the number of pixels of every frame; therefore, the ordinary of CCD can be used as the high frame rate image sensor with small amount of pixels. The multi-output high-speed image sensor has the deficiencies of low accuracy, and high cost, while the high-speed image senor with small number of pixels by using this technique can overcome theses faults. The light intensity varying with time was measured by using the image sensor. The frame rate was up to 1600 frame per second (f/s), and the size of every frame and the frame rate were adjustable. The correlation coefficient between the measurement result and the standard values were higher than 0.98026, and the relative error was lower than 0.53%. The experimental results show that this sensor is fit to the measurements of sinusoidal phase modulating interferometer technique.     

空间扫描型光纤法布里珀罗传感解调系统中CCD的光照度数学模型研究

针对空间扫描型光纤法布里珀罗（F-P）传感解调系统中CCD的光照度分布建立了数学模型,研究了不同帧扫描频率下CCD输出信号和信噪比。利用已设计的解调模块进行了CCD光照度分布的实验,实验结果表明,当帧扫描频率不同时,CCD各个像素输出信号电压的实验值与计算值的相对误差均小于2.5%,同一像素输出信号电压的实验值与计算值的相对误差变化数值均小于0.005,随实验所用CCD帧扫描频率变化,信噪比以184 Hz为分界点以两种变化斜率改变,验证了数学分析模型的有效性。     

CCD摄像头圆目标中心定位方法

在大型设备自动对接系统中,需要CCD摄像头对一设备截面的圆目标进行图像获取,并找出图像的中心点坐标,用于两设备的中心对准。为了满足实时性测量和高精度定位要求,提出一种CCD摄像头圆目标中心定位方法。先对图像使用中值滤波方法进行图像增强,利用广义数字形态学中的多结构抗噪膨胀腐蚀型算子提取单像素宽图像边缘,用多项式插值法对图像边缘进行亚像素定位,用半径约束最小二乘圆拟合法对圆中心进行精确定位。实验测量结果表明,该方法测量时间短、精度高、稳定性好,亚像素定位精度优于1/20像素,中心点总标准偏差小于0.01,可满足设备自动对接系统要求。     

用于光具座自动测量焦距的变焦光学系统设计

为了提高光具座自动测焦距时的测量精度,设计一套连续变焦光学系统。该系统包括自准直组件和变焦组件两部分,可以调节CCD靶面上接收到的图像大小,得到最佳测量结果。根据设计指标要求,在控制系统总长的基础上进行初始结构选择和像质优化。设计完成后的自准直组件焦距200 mm,变焦组件焦距200 mm~20 mm,对接后的变焦系统可实现图像大小1~10连续调节。模拟实验表明:变焦系统像质良好,MTF曲线接近衍射极限,弥散斑小于CCD像元大小,可以满足实际检测需求。     

On-line phase measuring profilometry based on a single frame of deformed pattern

Three frames of deformed patterns are needed at least in conventional Phase Measuring Profilometry (PMP). It is generally applied to the profile measurement of a static object. For on-line measurement, because of the moving object, it is difficult to capture three or more frames of deformed patterns that satisfy the requirement of PMP. A new method of on-line 3-D shape measurement through only one frame deformed pattern in PMP is presented. A static sinusoidal fringe is projected and any one frame of real-time deformed patterns is captured by CCD. N frames of sub-images are extracted from the captured deformed pattern. Improved Stoilov algorithm is proposed to get phase. Computer simulation and experimental results show its feasibility and affectivity to reconstruct a 3-D shape and the accuracy is higher than Fourier Transform Profilemetry (FTP) which is also a method that only needs one frame of deformed pattern.     

三维信息测量的运动声源无源测距

针对运动声源无源测距问题,给出了目标方位、多普勒频移和距离特征量作为测量信息来估计目标初始距离的方法。通过伪线性化的处理方法,构造了一个异方差的线性模型。在声呐平台直航条件下,证明了非径向运动的声源目标,利用3个目标方位、2个多普勒频移和2个距离特征量的观测信息,可以唯一地确定目标的距离、速度和航向,而仅利用目标方位和距离特征量的观测信息,系统是不可观测的。蒙特卡洛数值模拟表明:对于初始距离5 nm(海里)的情形,三维信息测量方法比参考方法的目标距离的平均收敛时间要少200 s左右,收敛时间标准差要少40 s左右。随着初始距离的增加,两种方法收敛时间差有变大的趋势,这意味着三维信息构造的方法的稳健性优于参考方法。实验数据也进一步验证了在300 s左右,目标距离的估计逐渐趋于收敛。因此,该方法可以在稳定的干涉结构条件下,实现运动声源的无源定位。