提高CCD在激光三角测距中分辨率的方法

激光三角测距系统的精度主要取决于光斑象在探测器上的定位，用ＣＣＤ摄象机作为探测器时，光斑象的定位精度又取决于ＣＣＤ摄象机的分辨率。通常用光斑的采样灰度质心作为象点的准确位置可将ＣＣＤ的分辨率提高到亚象元级，但这种方法存在其固的的局限，边缘灰度跳变与高频干扰噪音影响。     

利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的方法

为了获得准确的面形测量,提出了一种相移电子散斑干涉技术测量物体面形的测量方法.利用电子散斑干涉产生载波条纹,该载波条纹受到物体表面高度的调制变得弯曲,引起载波条纹相位的变化,可运用相移技术提取物体的相位信息,最后根据高度和相位之间的关系得到物体的面形.介绍了该方法的原理,利用该方法对球冠物体进行了面形测量,证明该方法测量物体面形是可行性的.由于是采用散斑干涉的方法产生干涉条纹,因此该方法测量物体面形具有灵敏度高的优点.     

激光片光三维传感中降低散斑影响的新方法

提出一种激光片光三维传感中降低散斑影响的新方法,片光面内扫描合成孔径法。通过向被测物体表面投射面内扫描的片状激光束,产生空间变化的动态散斑光场,这样的光场在成像透镜光瞳平面上的移动,其时间平均效果等效于利用了一个大的“合成孔径”,降低了散斑的影响,明显地提高了测量精度。文中给出了合成孔径的理论分析和三维面形测量的实验结果。     

提高脉冲激光引信定距精度的仿真研究

激光引信是随着激光技术的发展而出现的一种近炸引信,其定距精度的高低,直接影响系统的最终性能。提出了采用Xilinx公司的SpartanⅢ系列FPGA芯片,通过对基准时钟的相移,利用4个相位相差90°的倍频时钟的方法进行脉冲测距,从而大幅度地提高脉冲激光引信的定距精度,理论上定距误差为0.1875m,并通过Modelsim进行仿真验证。     

利用电子散斑相移技术测量物体三维面形的方法

为了获得准确的面形测量,提出了一种相移电子散斑干涉技术测量物体面形的测量方法.利用电子散斑干涉产生载波条纹,该载波条纹受到物体表面高度的调制变得弯曲,引起载波条纹相位的变化,可运用相移技术提取物体的相位信息,最后根据高度和相位之间的关系得到物体的面形.介绍了该方法的原理,利用该方法对球冠物体进行了面形测量,证明该方法测量物体面形是可行性的.由于是采用散斑干涉的方法产生干涉条纹,因此该方法测量物体面形具有灵敏度高的优点.     

激光显示中散斑噪声的抑制

为了消弱散斑噪声,提出了最优化的斑纹减弱方法。给出采用最少数量的位相分布模式产生最大的斑纹减弱效果的位相型光学元件应满足的条件,证明了此位相分布格式可以由阿达姆矩阵的行或者列得到,并以绿光为例验证了所设计位相型衍射元件的斑纹减弱效果显著,采用衍射元件调制前后散斑对比度由8.4%减弱到2.7%。     

实时激光三维成像焦平面阵列研究进展

研究了应用于实时激光三维成像的焦平面阵列技术,介绍了目前国际上几种常用的焦平面阵列实现原理与技术特点,并对其优点与不足进行了分析,同时对表征焦平面阵列的主要性能指标以及其对最终成像系统的影响进行了定性分析。根据对现有技术的对比分析,提出基于雪崩光电二极管（APD）阵列和读出电路（ROIC）集成的探测器方案在灵敏度和作用距离等方面具有一定优势,是实现实时三维成像焦平面阵列较为理想的技术。作者认为在未来十几年内,激光三维成像焦平面阵列规模有望超过1 024 pixel×1 024 pixel,像元尺寸可降低到15μm。     

一种全场三维共焦检测的新方法

提出了一种利用微光学阵更合成器件实现全场三维面形并行检测、记录的共焦方法。此方法的关键是，在共焦系统中引入一一微光学耻列合成器件来产生一点光源阵列，实现了对同一一剖面同时并行检测，并首次采用了ＣＣＤ面阵像元取代上孔光阑直接截取三维信息光强。本文讨论了该方法的三信息检测原理，响应关系，给出了初步的实验结果和三维重构图。     

散斑照相术的三维位移正确分离方法及应用

本文针对散斑照相术中存在的三维位移分离问题进行了详细讨论.利用散斑杨氏条纹图的基本特性和物体变形的连续性提出了正确分离三维位移的方法.使得散斑照相术在三维变形测量方面得到了进一步完善.最后给出了 CMO620型车床主轴的三维热变形结果.     

激光跟踪仪检验非球面面形的方法

通过扩充激光跟踪仪的现有功能,提出了一种适用于非球面研磨和粗抛光阶段以及中低准确度非球面面形的快速检测方法.分析了测试原理,设计规划了检测流程.利用激光跟踪仪的靶标球对非球面表面进行多点接触测量,并将测量的结果与非球面CAD模型进行分析对比、处理和运算,获得非球面的面形分布信息.结合实例对一口径为420 mm×270 mm的离轴非球面进行了面形检测,并与零位补偿结果进行对比,结果表明,两种方法测试的面形误差分布是一致的,其峰谷值和均方根值的相对偏差分别仅为6.22%和3.37%.该方法无需其它辅助光学元件就能够准确地实现对大口径非球面面形的检测,测试数据处理和数学运算简单,实验操作简单易行.     

A new laser displacement sensor based on triangulation for gauge real-time measurement

A new laser displacement sensor has been designed, constructed, and used in a train running at a speed of 64 km/h. The laser displacement sensor is insensitive to ambient light and to temperature. The parameters of the laser displacement sensor are as follows: the measurement range is 20 mm, and the laser displacement sensor resolution is 0.3 mm. All the results show that this new displacement sensor meets the requirement for real-time gauge measurement.     

基于三角测量的三维激光扫描仪设计

基于三角测量原理,设计了一套三维激光扫描仪.分析了光信号在不同表面上的反射性质,设计出较为准确的亚像素光点中心定位算法.实验表明即使在红外光较强的环境下,也具备较好的抗干扰能力,具有较高性价比.     

激光位移传感器的光学系统设计

针对目前国内自主研制的激光位移传感器精度低,测量范围小等问题,提出了一种采用光学设计软件预先仿真整个激光位移传感器光学系统的方法。在分析系统各部分的光学特性的基础上,结合具体要求设计了一个激光位移传感器的光学系统,其工作范围为（50±10）mm。采用系统分割的方法,将整个光学系统分为两部分进行设计,第一部分是激光束的整形透镜,要求在有效的工作范围内得到小而均匀的出射光斑,设计结果表明,在测量范围内,光斑大小能够控制在10-1mm量级;另一部分是被测面散射光接收的成像物镜,该系统的特点是物面和像面相对于光轴都有一定的角度,实验结果表明其成像满足Scbeimpflug条件。     

Calibration procedure for a laser triangulation scanner with uncertainty evaluation

Most of low cost 3D scanning devices that are nowadays available on the market are sold without a user calibration procedure to correct measurement errors related to changes in environmental conditions. In addition, there is no specific international standard defining a procedure to check the performance of a 3D scanner along time. This paper aims at detailing a thorough methodology to calibrate a 3D scanner and assess its measurement uncertainty. The proposed procedure is based on the use of a reference ball plate and applied to a triangulation laser scanner. Experimental results show that the metrological performance of the instrument can be greatly improved by the application of the calibration procedure that corrects systematic errors and reduces the device's measurement uncertainty.     

复杂轮廓表面激光检测及三维重构技术的研究

基于零件实物样件的几何模型反求技术已成为CAD/CAM领域中的研究热点之一。以航空航天用MJ螺纹为对象 ,对逆向工程中的两大关键技术———表面数字化及三维重构技术进行了分析和研究。提出了用一种新型激光光纤传感器实现复杂轮廓表面的非接触数字化检测方法 ,描述了测量原理。通过二维截面轮廓图重构三维面型 ,初步的实验结果验证了此方法的有效性和实用性     

A MAP estimator based on geometric Brownian motion for sample distances of laser triangulation data

The proposed algorithm is designed to enhance the line-detection stability in laser-stripe sensors. Despite their many features and capabilities, these sensors become unstable when measuring in dark or strongly-reflective environments. Ambiguous points within a camera image can appear on dark surfaces and be confused with noise when the laser-reflection intensity approaches noise level. Similar problems arise when strong reflections within the sensor image have intensities comparable to that of the laser. In these circumstances, it is difficult to determine the most probable point for the laser line. Hence, the proposed algorithm introduces a maximum a posteriori estimator, based on geometric Brownian motion, to provide a range estimate for the expected location of the reflected laser line.     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。