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...     

大功率二极管激光线阵的“smile”测量方法

 二极管激光线阵封装中产生的“smile”现象对激光器的激射特性、寿命、光束质量等都会产生较大的影响。采用高分辨率CCD、快轴准直透镜及柱面透镜组成的单轴放大系统对激光线阵发光单元成像及基于光斑强度求质心的算法实现了二极管激光线阵“smile”的测量。实验结果表明：在阈值电流附近,采用In焊料焊接的器件“smile”小于2 μm,讨论了快轴准直透镜、CCD等对实验结果的影响。     

光学雨滴谱测量仪

光学雨滴谱测量仪能够实时监测雨滴直径分布、雨滴降落速度等气象参数,可应用于气象研究、环境监测、农业安全预警等领域。采用红外LED光源和线阵CCD,搭建了雨滴谱测量光路,并用水滴代替雨滴,演示测量了通过采样空间的水滴的直径和速度,验证了雨滴参数光学测量的可行性。实验中发现当较大雨滴紧贴CCD窗口通过采样空间时,液体透镜效应十分明显,CCD对应区域的光强增强,与通常的遮挡现象正好相反,因此在后续的程序处理中需妥善处理这类异常信号。     

非接触千分尺的设计及实验验证

利用大学物理实验室中使用的分光计并结合线阵CCD等常用实验仪器,设计了一个可以同时实现非接触测量玻璃厚度和折射率的实验方案.通过不确定度的分析,给出了方案满足千分尺测量精度的仪器要求.在此基础上,通过实验具体地测量了一平板玻璃的厚度和折射率,实验结果证明了设计方案的可行性.     

利用线阵CCD测量透明介质折射率

根据光线穿过厚度均匀的透明介质平板时所产生的横向偏移量,提出了一种利用线阵CCD和计算机测量透明介质折射率的新方法．该方法充分利用了线阵CCD分辨率高的特点,并且具有一定的实用价值和应用前景．     

用液芯柱透镜测量液体折射率

制作了一种液芯变焦柱透镜并将其用于精确测量液体的折射率.在空心的柱透镜内注入待测折射率的液体,通过测量液芯透镜的焦距,根据焦距和折射率之间的关系,计算出液芯介质的折射率.此方法有效地提高了折射率测量的灵敏度,减小了测量系统的景深.选取×20倍显微物镜可实现液体折射率1.3～1.642范围内的精确测量,单次测量误差小于0.000 2.     

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。     

轴对称非球面透镜光轴共轴度的测量研究

介绍了一种轴对称非球面透镜的光轴共轴度的测量方法。激光管发出的光束经束腰变换透镜入射到被测透镜的非球面表面,由CCD摄像头接收非球面的反射激光光斑,CCD的光敏面位于反射激光光束的束腰位置;调整被测透镜位置,直到激光束腰中心位置不随被测非球面透镜的旋转而变化,这说明被测透镜的非球面对称轴与机械旋转轴重合;再利用球面偏心测量原理检测被测透镜球面一面的偏心量,即可以求得被测非球面透镜的光轴共轴度。该测量方法的误差小于20″。该方法适用于判定非球面透镜和非球面反射镜是否合格,以及调整非球面透镜的制造工艺。     

测量液体折射率的一种新方法——液芯柱透镜散焦宽度法

本文提出了一种基于消球差复合液芯柱透镜快速、准确测量液体折射率的新方法——液芯柱透镜散焦宽度法.该方法利用消球差复合液芯柱透镜在较宽折射率范围内系统球差小、成像准确的特点,基于不同折射率在成像系统上呈现一一对应的散焦图像,仅需采集一幅散焦图像即可得到待测液体的折射率.用该方法测量了室温(20℃)下21组不同液体的折射率,测量结果与用阿贝折射仪测量结果一致,用ZEMAX和光线追迹逐面成像法仿真的散焦宽度图像与实验图像一致.用该方法测量液体折射率具有系统简单、稳定性好、操作简便、测量速度快等特点.     

应用无衍射贝塞尔光束的固体线膨胀系数测量系统

测量固体线膨胀系数是工程设计中的一项重要工作。这套非接触固体线膨胀系数测量系统利用激光三角法进行了设计。通过采用线阵CCD作为信号传感器来实现自动化测量。通过采用无衍射贝塞尔光束来提高测量精度和增大测量范围。     

基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统的研究

提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息,色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片,由线阵CCD探测。将线阵CCD的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号,相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此,利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响,获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50μm的台阶重复10次测量,测量结果的标准差为6.8 nm。     

基于液芯柱透镜实现透明液体质量分数的测量

通过测量基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的液芯柱透镜的后焦距,可实现液体折射率的快速测量;根据液体质量分数与折射率之间的良好线性关系,准确计算出待测透明液体的质量分数.搭建光学测量系统,以NaCl溶液和蔗糖溶液为例,构建了液体质量分数与液体折射率的关系模型,实现了溶液质量分数的测量,并对其测量不确定度进行了分析.基于PDMS基片的液芯柱透镜对注入其中的液体折射率的最小分辨能力优于0.000 2 RIU,质量分数测量不确定度可控制在0.12%以内.该测量方法适用于微量液体折射率及质量分数的测量.     

使用CCD测量玻璃管内液体界面位置的灵巧测量头

本文介绍一种使用线阵ＣＣＤ进行玻璃管内液位测量的光电测量头。与其他ＣＣＤ尺寸测量的光学系统不同，本文依据不同的液体具有不同的折射率，提出利用柱形容器中液体的聚光特性，得到两种不同液体的分界面在线阵ＣＣＤ上清晰的像。     

用二次成像法测量透明玻璃板的折射率

介绍了用二次成像法测定透明玻璃板折射率的原理和方法.由于采用线阵光电耦合器件(CCD)测量,提高了测量精度.     

机车轮对轴颈高精度动态检测技术的研究

通过对线阵CCD成像系统的研究,提出了机车轮对轴颈磨损的CCD成像拼接动态检测方法,分析了该方法的可行性.讨论了斜光束照射、背景光强变化等因素,这些因素降低了系统的测量精度.最后通过实验系统证明了该方法的可靠性.     

Z-扫描技术的灵敏度分析

单光束激光Z-扫描技术是利用光束的横向特性来研究材料的光学非线性的,其灵敏度的提高有助于测量微弱折射率变化。从入射光束、调制方式、光束检测等方面论述了Z-扫描技术的灵敏度。顶环光束入射相对于标准Z-扫描技术的高斯光束入射其灵敏度可提高2.5倍,但要求光源的输出能量达到一定值,仅适用于测定较小的非线性相移;在光路中插入调制元件后放大因子可达到780,但调节光路难以调节焦移效应。利用CCD作为探测器的TPDZ-扫描技术能够测量小于λ/15000的非线性相位畸变,CCD能够充分获得光束的横向信息,有望成为另一种测量光学非线性的常用方法。     

利用线阵CCD自动测量航空相机镜头的焦距

提出了一种以线阵CCD固态传感器取代读数显微镜的航空相机镜头焦距测量系统。论述了系统的工作原理、软件和硬件的设计及系统的测量误差。结果表明 ,利用线阵固态图像传感器取代读数显微镜 ,把特定物体经透镜成像的大小转换为电信号的脉宽 ,并利用计算机技术自动处理测量数据 ,从根本上克服了用读数显微镜进行测量的缺陷 ,实现了航空相机镜头焦距的实时精确地在线测量     

利用CCD准确测量激光远场发散角

 利用CCD面阵接收器,通过标定的方法,将其准确安置在长焦距透镜后焦面上,并找出CCD 象元数与原场发散角的对应关系,从而迅速确定远场发散角。同时用短焦距透镜对 光束限制光阑成像,测得近场光斑光强分布。以激光束振幅函数的傅里叶变换作为理想衍射 极限,将远场发散角与之比较,可以得到用几倍衍射极限的方法表示的实际光束质量。     

半导体激光器线阵的棱镜组光束整形器和光纤耦合输出

针对半导体激光器线阵输出光束快慢轴方向光参数积不对称问题,提出并制作了基于直角棱镜片的光束整形器,其具有结构简单紧凑,制作安装容易的特点。通过数值仿真和实验对光束整形器进行了分析,研究表明整形器实现了半导体激光器线阵输出光束的对称化,并且光束经过透镜聚焦后对数值孔径为0.46,直径为200μm的光纤进行耦合,效率为53%。     

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。