三波段成像光学系统的辐射定标

系统的成像波段分别为近紫外（300 nm~380 nm）波段,可见光（380 nm~760 nm）波段和近红外（760 nm~1 100 nm）波段。通过搭建与该光学系统相对应的辐射定标装置,建立辐射定标数学模型,对已研制的三波段成像光学系统进行绝对辐射定标的研究。针对系统成像波段光谱范围较宽的特点,以分波段辐射定标方法对于测量得到的定标数据,采用最小二乘线性拟合法进行处理,对算法进行修正,再对定标数据进行处理。通过实验验证了2种方法的定标精度,结果表明:修正后的算法可得到精度更高的定标曲线,测量相对误差不超过5%,定标结果满足实际工程需求。     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明:光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

激光功率对光镊光阱刚度标定的影响

光阱刚度是描述光镊对粒子进行操控的重要力学指标,实际使用过程中会受到激光功率的影响。采用均方位移法及玻尔兹曼统计法对搭建的光镊系统进行光阱刚度的标定,利用图像采集方法进行微粒位移的测量,并对两种方法的测量结果进行了比较。为了提高光阱刚度的标定结果的准确性,分析了光路放大倍数、温度变化对最后标定结果的精度影响。结果表明,两种方法进行标定的结果基本相同;光阱刚度在低激光功率（1 mW ~20 mW）范围时随功率近似线性增加,在高功率情况下（25 mW~60 mW）随功率增加不再线性增加,而是趋于一个饱和值。此外,光路放大倍数标定的精确性对标定的精度影响较大,10%的相对误差时,标定结果产生23%的变化,温度对标定的精度影响较小,0.1 ℃的温度变化导致标定结果0.034%的变化。     

薄凹透镜焦距的测量方法

1989年全国第6届中学生物理竞赛决赛中,光学实验题目的部分内容是请考生采用二种较为精确的方法测量一薄凹透镜的焦距。提供的实验器具是:光源、物、薄凸透镜一块、平面镜、接收屏、米尺、参照物和光具座。由于一些考生不了解成像的条件,虽然提出了实验方法却找不到像,因而达不到测量焦距的目的。本文提出四种方法,九种测量光路,并分析各种光路成像的条件。一、成像法利用透镜成像的方法来测量透镜的焦距,包括一次成像和二次成像。测量薄凹透镜的一次成像法有两种光路,一种是将薄凸     

测量带宽对量子鬼成像的影响

利用自发参量下转换产生的信号光与闲置光光子对的动量关联特性可以实现量子鬼成像,有限的测量带宽限制了量子鬼成像的物像空间范围。本文利用飞秒脉冲泵浦I类非共线匹配的自发参量下转换过程产生关联光子对,从量子鬼成像出发,分析了实验过程中测量带宽对量子鬼成像所造成的影响,指出量子鬼成像的结果将受到测量所使用的滤波器线型的影响。最后,文章给出了利用滤波器线型归一化的修正方法,并给出了归一化修正后的量子鬼成像实验结果。     

基于楔板型分束镜的望远镜系统优化设计北大核心CSCD

研制基于楔板型分束镜的可见-红外光同步成像望远镜系统,通过优化设计分束镜楔角,抑制反射可见光鬼像产生,校正透射红外波段像差,实现对可见光波段与红外波段同时成像。对望远镜系统进行像质检测,主次镜系统RMS为0.093λ(λ=6328nm),可见光支路RMS达到0.120λ,红外光路成像质量满足要求。该系统采用卡塞格林共光路,用楔形板实现对可见光到中红外波段光线同步成像,使得宽波段望远镜设计更加轻便的同时提升装置成像性能。     

多模式光学数字全息实验教学系统

研究设计了一种多模式现代光学数字全息成像实验教学系统.该系统可通过多光路模式与CcD技术相结合建立并记录数字全息图频率场,采用不同数学算法和程序实现全息图的全数字化重构再现与图像的三维测量,并通过界面设计详细演示数字全息成像的原理与过程.     

基于船载平台太阳光度计的渤海湾气溶胶光学特性

研制出一种可以在船载平台下完成气溶胶测量的太阳光度计。仪器采用两段式图像跟踪方法，首先利用鱼眼成像系统对太阳进行粗跟踪，之后通过精跟踪成像系统来提高跟踪精度，并阐述了二维转台、图像跟踪系统、测量光路的工作流程。利用船载平台太阳光度计在渤海湾进行长期观测，渤海湾日平均气溶胶光学厚度多集中在0.1～0.3范围内，大气较为洁净，且夏季大气以细粒子为主，而深秋大粒子占据主导地位。将所得结果与日本POM-01 MKⅢ船用太阳光度计的测量结果进行对比，发现气溶胶光学厚度日变化趋势基本相近，决定系数可达到0.968，其平均相对测量误差为4.83%，?ngstr?m指数平均相对测量误差为2.55%。所得结果验证了船载太阳光度计的可靠性与稳定性，并且可以进一步利用可见光到近红外的辐射信息反演其他大气参数的光学特性。     

台阶法测量辐射成像系统扩展函数的误差分析

 在阐述了用台阶法测量辐射成像系统扩展函数（SF）的原理基础上，针对该方法所产生的误差情况进行了分析，并对各种因素（如台阶与光轴的夹角、台阶与光轴的距离及台阶厚度等）的影响程度作了详细的对比，获得了测量系统扩展函数实验布局的指导原则，同时指出了在该类测量实验中应注意的问题。     

孪生光束干涉法测量光源的空间相干性

定量测定光源空间相干性在部分相干光成像, 非相干全息术及光信息处理领域具有重要的研究价值. 本文基于三角全息干涉光路提出了一种测量光源空间相干性的新方法. 利用三角干涉全息光路系统中分束镜产生的孪生光束进行干涉获得干涉图, 通过调整光源中心位置在写入平面内偏离光轴的量, 改变两孪生光束空间分离量的大小, 采集对应的一系列干涉图, 计算干涉图样的对比度, 从而对光源照明空间的波前上一系列不同距离的点对之间的空间复相干度进行测量. 实验系统光路配置较为简单且不需要使用特殊加工的光学元件. 针对一个准单色的扩展光源设计并进行实验, 结果表明利用文中提出的方法可以准确的测量光源的空间相干性, 实验结果相对于理论计算值的误差仅为3.8%. 关键词： 相干性 全息干涉 干涉仪 光学应用     

基于蒙特卡罗法的平面度测量不确定度评定

形位误差的测量不确定度评定是目前测量领域研究的热点;但由于其测量的复杂性和测量结果评定的多样性,导致在实际测量结果中形位误差测量的不确定度评定成了难题;为此,根据形状误差评定准则,选取最小二乘法建立数学模型,确定形状误差数学模型中各参数值的传递系数和单点不确定度,并分析具体的测量方法和测量过程中的不确定度来源,根据传统的GUM法对其进行不确定度评定;然后采用蒙特卡罗伪随机数的方法来模拟实际测量数据,从而得到平面度误差的不确定度;通过设置实验对比,验证了蒙特卡罗法评定平面度不确定度的可靠性和准确性;该方法不需要求出数学模型中的传递系数,利用MATLAB软件很容易实现,为平面度误差测量结果不确定度评定提供了更加简便的方法,值得推广和应用。     

齿形链板的图像测量

针对齿形链链板的几何参数及圆度提出了一种基于CCD图像的测量方法。在一个系统中实现了尺寸和形状的非接触测量。首先对CCD采集的齿形链链板进行降噪处理,然后用二值化方法分割图像,最后提取图像边缘。在测量尺寸时,使用自编程序计算测量链板的孔径、两直边的夹角、节距,并用最小二乘圆法对圆度误差进行了评定。节距、两直边夹角和圆度误差分别为0.007mm,0.473°和8.4μm,分析了测量误差的原因。实验表明,用该方法对齿形链链板的几何尺寸测量和圆度误差评定是可行的。     

相移相位测量的全息再现算法及测量误差分析

用全息原理和方法研究相移相位测量,得到了N步整周期相移再现物光波复振幅同步叠加函数(N步相移函数),同时提出一种新的相移相位测量误差分析和最大误差估计方法。N步相移干涉图是以理想平行光为参考光的无衍射同轴全息图,将其与对应的相移参考光相乘后求和得到N步相移函数;在理想情况下,这是一种复振幅分离、测量和物光波复振幅函数同步叠加方法,存在误差时计算出的相位是最小二乘方法的最佳期望结果。利用N步相移函数得到的N 1步相移函数,说明非理想N步相移函数是理想N步相移函数与误差函数之和,可以把相位型误差转化为与振幅和强度相对误差同等的误差来对待,降低了相位测量中误差估计的难度,给出了N步相移算法最大误差的估计方法和公式。     

基于菲佐干涉仪测风激光雷达的误差分析

详细分析了基于菲佐(Fizeau)干涉仪测风激光雷达利用条纹重心法反演风速时的方法误差和系统噪声引起的测量误差。提出了方法误差的修正方法,推导出了测量误差理论公式。并用蒙特卡罗方法模拟了低对流层的回波信号,并对其进行条纹重心法风速反演。结果表明:方法误差和气溶胶与分子后向散射比有关,噪声引起的测量误差与信号强度和气溶胶与分子后向散射比有关。在0~5 km,高度采用条纹技术测量的风速误差小于1 m/s。     

大口径连续相位板面形检测与评价

基于全局最小二乘拼接算法和图像融合算法建立了连续相位板（CPP）子孔径拼接检测算法,并根据全局相关匹配原理提出采用面形残差来评价CPP的加工面形。采用高精度动态干涉仪等设备建立了相应的检测系统,并针对430 mm430 mm口径CPP开展了数值模拟和检测实验。理论计算结果表明:系统计算误差为0.005 nm。实验结果表明,整个检测系统软硬件RMS误差小于5 nm,基本满足CPP面形检测要求。从而验证了CPP检测和评价的正确性和可行性。     

A novel optimization method of camera parameters used for vision measurement

Camera calibration plays an important role in the field of machine vision applications. During the process of camera calibration, nonlinear optimization technique is crucial to obtain the best performance of camera parameters. Currently, the existing optimization method aims at minimizing the distance error between the detected image point and the calculated back-projected image point, based on 2D image pixels coordinate. However, the vision measurement process is conducted in 3D space while the optimization method generally adopted is carried out in 2D image plane. Moreover, the error criterion with respect to optimization and measurement is different. In other words, the equal pixel distance error in 2D image plane leads to diverse 3D metric distance error at different position before the camera. All the reasons mentioned above will cause accuracy decrease for 3D vision measurement. To solve the problem, a novel optimization method of camera parameters used for vision measurement is proposed. The presented method is devoted to minimizing the metric distance error between the calculated point and the real point in 3D measurement coordinate system. Comparatively, the initial camera parameters acquired through linear calibration are optimized through two different methods: one is the conventional method and the other is the novel method presented by this paper. Also, the calibration accuracy and measurement accuracy of the parameters obtained by the two methods are thoroughly analyzed and the choice of a suitable accuracy evaluation method is discussed. Simulative and real experiments to estimate the performance of the proposed method on test data are reported, and the results show that the proposed 3D optimization method is quite efficient to improve measurement accuracy compared with traditional method. It can meet the practical requirement of high precision in 3D vision metrology engineering.     

一种视频图像规则圆目标的超分辨率位置测量方法

介绍了一种用于视频图像规则圆目标的超分辨率位置测量方法。分析了超分辨率测量的原理 ,并提出和完成了测量方案 ,取得了满意的结果。首先在目标静止时 ,连续采集多帧视频图像 ,通过叠加平均进行降噪 ;其次通过罗伯特微分算子进行边界探测 ,求出目标的大致位置 ;最后通过边界重心拟合法、边界圆拟合法和最小二乘法拟合求出目标的精确位置。理论分析和实验表明 ,完整圆目标时 ,测量精度可达 1/4像素 ;而当目标图像有缺陷时 ,边界圆拟合法和最小二乘法拟合测量误差增加较少 ,边界重心法的测量误差增加较多。在具体情况下 ,算法及参数应该作相应的调整     

六自由度机构位姿的单相机照相测量研究

用单相机对新型的六自由度机构样机的六个自由度位移进行了非接触式照相测量。简要回顾了照相法的研究概况及该测量研究的工作背景;介绍了相机标定原理及具体标定方法。建立了被测样机的CAD模型,进行了自由度位移仿真,将仿真结果作为理想数据与实测数据进行比较,从而获得测量误差,并对测量误差进行了初步分析。探讨了单相机照相测量法的应用前景。     

三光路结构的调频连续波重采样测距方法

调频重采样是一种绝对测距技术。这种方法采用的光源波长随时间变化,形成一束宽光谱激光。激光在各时刻的波长通过辅助干涉装置进行测量,并对其中频率间隔相同的部分进行重采样,使调频测距系统具有较大的线性光谱带宽,较高的分辨率及精度。在实际测量过程中,测量装置本身及待测物都容易受到振动的影响,导致待测距离及辅助光纤长度发生变化,引入测距误差。针对这个问题,分析了振动对重采样测量结果产生的误差:(1)待测物的移动引入一个多普勒频移分量;(2)辅助光纤的振动使重采样频率也发生变化。为了弥补这两种误差,提出了一种三光路结构的补偿方法,在辅助光路中,使用一种光路结构简单小巧,且测量速度更快的全光纤马赫泽德干涉仪等效代替光谱仪,实时的监测信号光的瞬时频率。在测量光部分,在测量光路中引入两个部分反射镜产生两路补偿光信号,并通过FFT算法产生频谱。频谱的三个峰值分别与三路信号相对应。通过测量信号与其中一路补偿信号的峰值相减即可补偿多普勒误差,通过两路补偿信号的频率差与相对距离的比值即可得出实际的辅助光纤长度。实验证明,传统的重采样测距方法精度为23.6μm,三光路测距方法的精度可达到11μm,可见这种方法能够对系统的振动误差进行有效补偿。     

熵的测定

本介绍了熵的测定原理及实验方法，建立了实验装置，并将现代化测量手段应用到物理实验中。对系统误差的来源进行分析，提出消除方法，最后给出实验结果。