线阵CCD摄像机及其应用

简要介绍CCD器件的选择原则、摄像机工作参数的确定以及光学成像物镜的选配,并提出应该考虑的主要问题。最后,举例说明CCD摄像机作为光电传感器在非接触精密尺寸检测、定位、表面质量评定等方面的应用。     

利用TFT-LCD像素结构衍射测试CCD图像采集系统的像素间距

研究了在范德卢格特型光学相关器中利用薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）替代靶板实物测试CCD图像采集系统像素间距的原理和方法,对由HN-480型CCD摄像机和OK-C21型图像采集卡组成的图像采集系统像素间距进行了现场测试,并对测试结果进行了误差分析.结果表明,该方法充分利用了光学相关器的现有组件,不需要其它设备,保证了图像采集系统像素间距的测试结果和实际工作性能的一致性,具有很强的实用性和可操作性.     

光学低通滤波器的频率特性和光谱特性

光学低通滤波器是利用石英晶体的双折射效应和红外截止滤光片设计而成的。它在CCD摄像机传感器前可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或条纹混叠现象,并能消除红外光对彩色还原的影响,从而提高了CCD摄像机成像的视觉效果。     

郎奇法检测大口径光学非球面镜

提出了一种用朗奇法定量检测大口径非球面的新技术。主要以大口径非球面镜的加工表面为研究对象,设计了大口径非球面检测系统,该系统由CCD摄像机、He-Ne激光器、郎奇光栅、微型计算机等组成。并利用大口径非球面检测系统对一个顶点曲率半径为1638．69mm,被测曲面半通光口径为315mm的光学元件的面形进行了实际测量,给出了光学元件标准偏差和峰谷值测量结果。最后对测量结果进行了讨论。研究结果表明：基于郎奇法的几何原理,利用CCD摄像系统定量检测大口径非球面的方法具有较高的精度。     

面阵CCD摄像机光学镜头参数及其相互关系

主要介绍了用于面阵CCD摄像机的光学镜头参数 ,如焦距、光学格式、F数、景深、视场角、光圈和驱动及接口等。讨论了各项参数之间的相互关系。为合理选择不同CCD光学格式的镜头提供参考     

大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112°)的标定精度达到了0 75%。     

电子白板系统中参数标定方法的研究

为了避开复杂繁琐的摄像机标定过程,提出了一种基于CCD摄像机的电子白板系统参数标定新方法,实现了开机自动标定系统参数的功能。采用Harris角点检测算法成功提取了参考点的像素坐标,并直接运用射影变换交比不变性,推导出白板边框图像像素距离与实际物理距离的映射关系式,进而获得了摄像机的光心坐标。简要分析影响系统标定精度的因素,并设计出减小标定误差的方案,最后搭建实验平台标定系统参数。实验结果表明:该标定方法实现简单,应用方便,且对于单位长度为1 cm的标定块而言,标定误差小于0.04 cm。     

应用电视技术

 电视系统按用途可以分为广播电视和应用电视两大类。广播电视向大众提供电视节目,丰富人们的精神文化生活,大家非常熟悉;应用电视是广播电视之外所有电视的统称,也称为非广播电视,许多人并不很熟悉。无论广播电视还是应用电视,都需要摄像机。应用电视中广泛采用的是CCD摄像机。CCD(ChargeCoupledDevices)摄像机即用电荷耦合器件制成的固体摄像机,它的寿命很长,能经受强烈的震动而不损坏,工作电压又很低,体积小,重量轻,而且均匀性好,几乎没有几何失真,所以,CCD固体摄像机几乎完全代替了视像管摄像机,它分为黑白CCD摄像机和彩色CCD摄像机。这种摄像机不仅对可见光可进行摄像,而且由于CC     

大口径光学元件检测中的主要误差及其影响

 使用PSD作为大口径光学元件的质量评价标准,标定了测试系统的传递函数,并讨论了在对ICF驱动器中所使用的光学元件进行检测时产生的几种主要误差,分析了这些误差在进行计算和分析时可能造成的影响以及消除的方法。     

单摄像机虚拟立体视觉测量技术研究

以双目立体视觉传感器三维测量模型为基础,提出了一种用于测量空间三维点坐标的低成本单摄像机模型。该模型利用光学成像,把单摄像机镜像为一对虚拟摄像机,在一个CCD像面上采集到同一物体存在视差的两幅图像,从而恢复空间点的三维信息。讨论了单摄像机传感器测量空间三维点坐标的基本原理,建立了单摄像机传感器的测量模型,克服了双摄像机系统中成本高、切换采集左右摄像机的图像使检测速度减慢等诸多缺陷,为空间三维点的精密测量提供了经济、快速、有效的测量途径。实验表明．传感器可实现约0．8％的相对测量精度．证明了本方案合理、有效。     

动态像面法测量水面落点位置及误差分析

为了测量弹丸水面落点的位置, 建立了基于CCD相机动态像面的测量模型。该模型通过CCD相机辅助采集相关点位的图像信息, 对水面落点的位置函数以及误差进行了研究。首先, 利用空间几何获得靶船上三定点相对于测量船的方位、俯仰信息。接着, 结合t时刻观测图像上定点的像面坐标, 运用底片常数模型建立像面坐标和角度信息两套参量之间的关系函数, 从而得到目标落点的方位、俯仰信息, 再利用异面交会法计算出目标落点位置。最后, 分析了目标落点位置的误差来源(质心误差, 位置误差)、误差以及各误差源与位置坐标之间的关系。实验结果表明:在测量船位置精度达到0.05 m, 图像质心定位精度达到0.5 pixel时, 在最小交会误差的情况下, 目标落点的位置测量误差分别为2.8, 4.9, 4.3 m。     

CCD电视系统实时位置测量的误差分析

本文就CCD电视摄像机对运动物体目标瞬时位置测量精度的几个问题进行讨论。文章首先分析了由于CCD成象器件结构特征和电子热噪音对目标位置测量精度的影响,给出位置测量误差与电视测量系统量化等级的关系,提出在保证一定测量精度下量化等级的选择原则。文章还分析了用普通电视摄象机组成的电视经纬仪测量运动目标位置的局限性,提出为获得较高的测量精度,选用高帧频电视摄象机的必要性。     

像差对星敏感器星点定位精度的影响

光学系统星点定位精度是表征星敏感器性能的一个重要指标,像差对该精度有一定影响。分析光学系统像差对星点定位精度的影响,在计算典型中等精度星敏感器光学系统星点定位误差的基础上,提出用实际测得的星点光斑能量质心位置计算理想位置的误差补偿新方法。计算结果表明:像差对高精度(如角秒级)星敏感器姿态测量精度的影响不可忽略;采用星点定位误差补偿后,星敏感器三轴姿态测量误差RMS值分别为0.38″,0.38″,5.77″,仅为原来的1/17。     

CCD位移传感器结构参量计算方法

推导了CCD位移传感器的计算公式,给出了一种位移传感器结构参量的数值逼近计算方法,实验结果表明,利用该方法确定CCD位移传感器的结构参量,可提高测量精度.     

矩形靶标测试CCD相机调制传递函数的研究

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时,由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差,实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义,模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像,推导出了CCD像元的亮度分布公式,从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系,并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。     

CCD测量误差的研究

为了提高CCD的测量精度,对CCD的测量误差进行了深入分析。以单CCD和双CCD错排,对直径为5.000mm、8.000mm、12.000mm的三个标准杆件直径的测量数据为基础,对CCD测量误差的大小及其影响因素展开研究,重点对测量误差、像素间距间的关系进行了深入分析。对N个像素间距为H的CCD错排进行测量,其最大误差减小为H/N,当被测对象大小刚好是像素间距的整数倍时,测量值以很高的机率靠近真实值,检测零件尺寸时,在极值处分别设置一列CCD像素,调整零件极值刚好位于CCD两相邻像素的中间,能准确地判别零件的合格性。     

等腰三角形结构光编码的面形测量误差分析

对具有等腰三角形齿结构的线性结构光编码的三维面形测量技术（ＬＣＰ）进行了误差分析,推导了由于随机电噪声、相移误差带来的测量误差,并利用计算机系统仿真研究了量化误差、光学系统误差等对测量结果的影响,且对理论分析的结果进行了验证。     

两线阵CCD相机几何指标差异对立体测绘的影响

为了准确、全面地揭示相机几何指标在立体测绘中的误差传播规律,研究了两线阵CCD相机几何指标差异与定位准确度之间的关系.针对两线阵立体测绘特点,分析了影响测绘定位的几何指标差异参量.在前方空间交会地面点计算公式的基础上,推导并建立了两线阵相机定位准确度模型,据此研究了内方位元素标定误差间的几何指标差异对定位准确度的影响规律.结果表明:主点位置x方向误差间的差异对定位准确度影响显著,当其值从1 μm增至2.5 μm时,定位准确度明显下降了60%,焦距f误差间的差异对定位准确度的影响几乎可忽略.本文所建立的模型与相关研究结论对两线阵CCD相机指标的量化与优化设计具有重要指导意义.     

两线阵CCD相机几何指标差异对立体测绘的影响

为了准确、全面地揭示相机几何指标在立体测绘中的误差传播规律,研究了两线阵CCD相机几何指标差异与定位准确度之间的关系.针对两线阵立体测绘特点,分析了影响测绘定位的几何指标差异参量.在前方空间交会地面点计算公式的基础上,推导并建立了两线阵相机定位准确度模型,据此研究了内方位元素标定误差间的几何指标差异对定位准确度的影响规律.结果表明:主点位置x方向误差间的差异对定位准确度影响显著,当其值从1 μm增至2.5 μm时,定位准确度明显下降了60％,焦距f误差间的差异对定位准确度的影响几乎可忽略,本文所建立的模型与相关研究结论对两线阵CCD相机指标的量化与优化设计具有重要指导意义.     

面阵CCD交汇测量系统布站方式的优化设计

为了得到最佳的坐标测量精度,针对面阵CCD交汇测量系统的布站方式进行了优化设计。以四台测量站为例建立了优化设计的数学模型,用计算机进行仿真,得出了最佳布站方式。给出了不同布站方式下在测试范围内各点坐标的误差分布的三维图。