CCD摄像法测量激光远场光斑中图像校正和能量修正算法研究

介绍了CCD摄像法测量激光远场光斑的工作原理。依据CCD摄像机拍摄激光远场光斑的倾斜角度,在处理算法中利用透视投影原理,将采集光斑的畸变图像进行了校正;针对CCD摄像法摄取的漫反射激光光斑图像,构建了朗伯漫反射模型,利用朗伯修正算法将漫反射激光光斑的能量密度修正到直射激光光斑的能量密度,推导出了具体的修正计算公式。通过实际应用,验证了该算法在激光远场光斑测量中的有效性。     

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。     

基于数字微镜阵列光调制的激光防护系统

提出一种基于数字微镜阵列(DMD)的激光防护系统设计方案, 利用DMD的光调制作用减少强激光对光电成像设备的损坏.详细介绍了系统的工作原理、DMD及CCD的选型、投影光路和光学转换系统的设计, 运用相移莫尔法进行了图像像素的调校.模拟实验结果显示, 该系统可在不同光斑半径和光强的条件下成功识别激光光斑中心点的像素坐标和半径, 实现对光斑对应区域的微反射镜控制, 激光光强可衰减70%以上.     

基于虚拟仪器的图像采集处理及仪器控制

针对激光测距机三光轴平行度调校,提出了由CCD摄像机摄取激光光斑图像,然后用图像采集与处理方法计算白光十字线中心与光斑中心偏差的方法,并对选用的图像处理算法进行了论述。此外,采用可变固定衰减片方法测量激光测距机接收系统的灵敏度。以LabVIEW为软件平台,开发出检测激光光轴中心及控制衰减器的虚拟仪器系统。该系统具有直观形象,使用方便,可移植性强等优点。     

CCD系统线性动态范围的标定

 提出了一种标定CCD图像采集系统动态范围的实用方法。利用尖劈形成一列光强逐级衰减的标定光源,结合插值法给出CAS-512A CCD系统的线性动态范围。可用于强激光领域中CAS-512A CCD图像采集系统的实用线性动态范围的标定。     

飞秒激光光斑灰度与几何特征的相关性分析

飞秒激光烧蚀单晶硅的加工过程中，CCD相机采集的光斑图像中有效灰度区域与背景难以区分。为了解决这一问题，提出一种主成分分析与限制对比度自适应直方图均衡化相结合的方法，对光斑图像进行增强处理，再提出去趋势互相关分析法对光斑序列图像的灰度特征与几何特征进行长程相关性分析。结果表明，光斑序列图像的灰度特征与光斑纹理对比度、光斑面积具有较强的长程相关性，与纹理同质性表现出较强的反相关关系，可根据这3项与灰度特征较强的相关关系对后续微槽加工过程中的灰度特征进行预测。     

CCD摄像法采集激光光斑图像方法研究

为了测量大尺寸激光光斑图像,对CCD摄像法采集漫反射的激光光斑图像方法进行了研究。采用CCD摄像机捕获经漫反板反射的激光光斑图像,光斑图像进行去背景处理后,根据系统噪声特性对光斑图像进行提取,再利用透视投影原理对畸变的光斑图像进行了校正,最后根据人眼对彩色图像敏感的特性,利用灰度级一彩色变换法对光斑图像进行了伪彩色处理。结果表明,CCD漫反射法能够准确地测量大尺寸激光光斑图像。     

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。     

基于光斑形状光束快速自动准直算法

为满足高功率激光装置光路自动准直系统的高精度要求,提出一种光束非垂直过孔状态下椭圆光斑的光斑差值快速调节法,并引入局部自适应阈值二值化算法提高准直图像的定位精度.当椭圆光斑长短轴差值较大时,利用基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法,求出椭圆光斑长短轴的轴长,通过远场反射镜调节长短轴轴长差值以调节光斑形状,直到获得规则的圆形光斑.分析了圆光斑中心与基准位置的偏差值,将差值转为闭环控制的步进电机调整步数,实现了高功率激光装置光束的快速自准直.该算法应用在某高功率激光装置光路自动准直系统中,结果表明,远场指向精度优于0.033″,优于目前高功率激光准直系统准直效果,提高了激光光束的指向性精度.     

基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

Investigation of positioning algorithm and method for increasing the linear measurement range for four-quadrant detector

The paper studied the relationship between the light spot position and the output voltage in the case of laser spot which is in the four-quadrant (4Q) detector whose shape is circle or elliptic, energy distribution uniform or Gaussian. The study is based on add–subtract algorithm, diagonal algorithm and difference over sum (Δ/∑) algorithm. By using methods of polynomial fitting it can get a simple polynomial expression to enhance measuring speed and the simulation error is given. A method of using Binary Optics Elements (BOE) to shape the laser beam in the 4Q detector to square light spot with uniform intensity distribution is proposed to expand linear measurement range. The simulation result is verified for a circular spot with Gaussian energy distribution.     

畸变光束的焦斑质心位置

 为分析振幅和相位发生畸变情况下光束焦斑质心位置所受的影响，以光波标量衍射理论中的夫琅和费衍射公式为基础，根据光斑强度分布一阶矩质心位置的定义，推导了直接依赖于光束近场复振幅分布的焦斑质心位置的一般表达式。进一步推导了焦斑质心位置对光束近场强度分布和相位斜率分布的依赖关系式，并对该式清晰的物理意义进行了阐述。利用焦斑质心位置表达式，可分析和确定由于振幅调制和相位畸变导致的质心位置偏移。最后，对无相位畸变和存在低阶泽尼克相位畸变情况下的简单畸变光束进行了相应的分析讨论。     

焦斑二阶矩半径与光束近场分布的关系

为分析光束振幅畸变和相位畸变对其焦斑二阶矩半径的影响,以光波标量衍射理论中的夫琅和费衍射公式为基础,根据光斑二阶矩半径的定义,推导了直接依赖于光束近场复振幅分布的焦斑二阶矩半径的一般表达式,并进一步推导了直接依赖于光束近场强度分布和相位分布的焦斑二阶矩半径和焦斑二阶矩角半径的表达式.结果表明:畸变光束的焦斑二阶矩角半径...     

Superresolution vibrational imaging by simultaneous detection of Raman and hyper-Raman scattering

We have developed a superresolution vibrational imaging method by simultaneous detection of Raman and hyper-Raman scattering. Raman and hyper-Raman images obtained with the same laser spot carry independent information on the sample spatial distribution, owing to different signal dependence (linear in Raman and quadratic in hyper-Raman) on the incident light intensity. This information can be quantitatively analyzed to recover the incident light intensity distribution at the focal plane. A superresolution vibrational image is then derived by the constrained deconvolution of the images by the obtained incident light intensity distribution. This method has been applied to a TiO? nanostructure and the obtained superresolution image was compared with a scanning electron microscopy image. The spatial resolution achieved by the present method is evaluated to be 160 nm, which is more than twice better than the diffraction limited resolution.     

由Strehl比判断光学系统实际分辨能力

提出了一个根据Ｓｔｒｅｈｌ 比评价光学系统实际分辨能力的近似方法。用高斯分布函数逼近点光源在光学系统焦面上的像斑光强分布,根据瑞利判据,导出了光学系统分辨能力与Ｓｔｒｅｈｌ 比的关系方程。它可根据系统的Ｓｔｒｅｈｌ 比来判定像面上的两个像斑能否分辨开来。     

光纤输出远场光斑均匀性检测方法的研究

为了对光纤输出光斑的均匀性进行检测,提出了一种基于成像法,采用区域平均法对光纤光斑均匀性进行检测的方法。首先利用数码相机对实验装置获得的光纤光斑进行采集,再结合区域平均法对图像逐次分区进行均匀度检测,计算出整体和各个小区域的均匀度以获取图像均匀度最佳的区域。同时引入了均匀深度的概念,作为一种判断光源均匀性好坏的依据。结果表明,调节后的光斑均匀性达到了99.7%以上。通过对调节前后实验装置得到的光斑进行对比分析,并与理论计算的光纤输出光斑分布比较,验证了该方法的有效性。