综述:面向工程应用的激光干涉动态测量

进入21世纪之后,激光干涉作为一种成熟的非接触式动态测量技术,开始逐步应用于不同的工业领域。激光干涉动态测量技术主要分成两类:一类是基于高速相机的干涉测量技术,而另一类则是基于单像素光电探测器的干涉测量技术。这两类技术都有其局限性:基于高速相机的技术受限于相机时间轴上的采样率;而基于光电探测器的技术则在空间域上只能进行单点测量。针对稳态振动和非稳态振动/变形测量两种实际应用,本文分别讨论了这两类干涉测量技术近年来的一些最新发展。作者希望通过本文的讨论为不同领域的研究人员和工程师在实际应用中选取更优的动态测量方案提供有力的参考。     

大型结构变形监测摄像测量研究进展

桥梁、隧道、舰船等大型结构变形的全场、高精度、动态测量,是其动态性能实验和质量监测的基本要求。摄像测量具有非接触、高精度、可测点多、实时动态测量等特点,在大型结构的变形监测方面有独特的优势。本文介绍了作者所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形监测方面的研究新成果和典型应用,包括提出位移传递像机串联网络摄像测量方法与技术,用于自动监测高速铁路、隧道等大型结构的路基沉降;研制天线基座变形摄像测量系统,实时、连续、长时间测量我国远望号测量船的天线基座变形等。     

CCD噪声标定及其在边缘定位中的应用

成像过程中的CCD噪声将给图像测量结果带来误差,因此能否有效地抑制这些噪声是提高测量精度的关键。分析了CCD暗电流噪声和随机噪声的特性,并针对各自特性提出了相应的噪声标定技术以及抑制方法。结合精密图像测量任务,分别研究了暗电流噪声和随机噪声对一维边缘定位、结构光相移法相位提取的影响。通过仿真和实验,比较了噪声抑制前后的测量结果,结果表明,噪声抑制后边缘定位精度有很大的提高,证实了该CCD噪声标定技术和抑制方法的有效性和必要性。     

基于分区域耦合的随机并行梯度下降自适应光学

基于随机并行梯度下降(SPGD)方法的自适应光学(AO)系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。为了提高这种无模型优化自适应光学系统的收敛速度, 提出了基于分区域耦合的新方法以改进传统随机并行梯度下降自适应光学系统的工作方式。将波前校正器光学孔径分成多块子区域, 每块子区域对应着的所有驱动器作为一个整体控制单元, 从形式上可以得到一个空间分辨率较低的分区域波前校正器。该校正器与原校正器同步工作, 并采用随机并行梯度下降算法对同一个性能评价函数进行优化, 从而构成了双校正器的耦合工作结构。对256单元分立活塞式波前校正器建立了自适应成像系统的数值模型, 结果表明这种分区域耦合的随机并行梯度下降自适应光学系统比传统随机并行梯度下降自适应光学系统具有更快的收敛速度和更好的渐近态。     

基于三幅子图的干涉合成孔径雷达数据处理方法研究

现有干涉合成孔径雷达(InSAR)数据处理方法需要单视复图像对包含的所有四幅子图信息, 且生成的干涉相位图去相关噪声非常严重。提出了基于三幅子图的InSAR数据处理方法：等值线相关干涉法, 包括图像对配准和干涉相位图生成。首先介绍了条纹方向图和条纹等值线窗口求取的方法, 并对算法进行了改进, 然后采用相关的方法详细推导了在等值线窗口内InSAR图像的配准和干涉相位图生成的公式。模拟和实测数据表明, 等值线相关干涉法(CCI方法)仅需用InSAR复数图像对的4个实虚部子图中任意3个能得到基本无斑点噪声、无模糊效应的干涉相位图, 并且减少了数据的传输和处理量, 是一种InSAR数据处理的全新方法。     

正支共焦非稳腔的自动准直调整实验研究

谐振腔的自动准直调整技术是实现高能激光器系统自动化的关键技术之一。在对正支共焦非稳腔自动准直调整方法的研究基础上,应用基于系统性能评价函数无模型最优化的随机并行梯度下降（SPGD）控制算法实现腔的自动准直调整。实验结果表明该方法可实现腔镜的闭环控制准直调整,其调腔共轴精度在一定程度上高于传统的人工调腔精度。     

基于神经网络模型的CCD像差修正

针对传统CCD标定中由于修正像差造成标定算法复杂、精度不高、结果不稳定的特点,提出了用4层前向神经网络模型修正CCD像差的方法。为了检验算法,用修正像差后的CCD对空间点进行三维重建,并与传统方法作了对比。结果表明,基于神经网络模型的CCD像差修正方法可以获得比传统方法更高的精度和稳定性。     

基于仿射变换从序列图像恢复物体的三维结构

提出了一种基于仿射变换重建物体三维结构的新算法。不同于以往的基于仿射变换的重建算法,该算法首先基于新的仿射投影矩阵分解算法得到物体三维结构值及摄像机的外参数信息;其次用光束法平差修正模型误差和提高三维结构的精度。算法用仿真实验和实拍图像都得到了精确、可靠的结果。     

高速摄影胶片的数据自动分析研究

本文介绍一种自行研制的高速摄影胶片的自动分析系统．记录物体冲击、爆炸或高速运动的胶片通过可定画幅控制的胶片传送机构，由摄像机将图像转化成电信号，并存储在数字图像处理系统中，通过自动分析软件对特征点进行提取和相关匹配分析，可确定运动物体上各特征点的运动变化．同时该系统还具备消除摄影、影像系统畸变影响的功能，确保数据处理的精度．     

基于目标特征点比例的单站图像定姿方法

 为提高靶场实况记录设备的姿态测量能力,提出了一种针对实况记录图像的单站定姿方法,可以利用目标特征点坐标的比例信息快速准确地获取目标三维姿态。分析了目标成像模型及坐标系间位姿参数关系;推导出含特征点坐标比例的共线方程,采用迭代求解获得目标姿态参数;分析了算法的可行性及误差来源。仿真实验表明：该算法求解精度高,鲁棒性好,具有较强的工程实用性。