结构光焊缝检测传感器设计理论的研究

对电弧光的干扰进行了深入的研究，建立了电弧干扰的光照模型，依据透视变换理论，给出了光源倾斜照射和摄像机斜接收情况下，被检测物体与摄像机这间的一般坐标变换数学模型，这两个模型对结构光传感器的设计具有非常重要的指导意义，基于这两个模型设计的结构光传感已在自动焊接实验中获得了成功的应用。     

基于双面金属包覆光波导的传感器温度特性研究及实验验证

双面金属包覆波导结构(SMCW)是由一层介质波导层被两层金属膜层上下包覆的一种新型波导结构; 本文基于金属层和介质层材料的热-光效应和热膨胀作用, 研究了双面金属包覆波导结构的温度特性. 计算分析的结果表明, 金属膜层的厚度、金属的介电系数、波导层的厚度及其介电常数几乎都与温度变化成比例, 同时, 对双面金属包覆波导结构的波导功能起主要影响的是介质层的厚度值随温度的变化. 本文分别在光谱模式和角度模式下研究双面金属包覆波导结构的反射特性, 并将其应用于基于双面金属包覆波导结构的传感器, 其灵敏度约为21.89 pm/K(光谱模式)和1.449×10^-3 rad/K(角度模式). 最后, 本文对角度模式的模拟分析进行了实验验证, 实验验证结果与模拟分析结果基本一致, 实验所用SMCW样品的平均灵敏度约为0.517×10^-3 rad/K, 与模拟分析的灵敏度结果同一量级. 双面金属包覆波导结构的传感器对温度非常敏感, 且该结构的物理构造简单, 成本低, 具有非常大的潜在应用价值.     

光湿敏元件及特性

介绍硅衬底的半导体陶瓷材料钛酸镧锶（Sr1-xLaxTiO3）光湿敏元件的工作原理及结构,MIS结构元件的光湿敏特性参数和曲线。利用光湿敏元件研制成光湿敏传感器和测量仪,智能光湿敏测量仪具有软件湿度补偿、智能判断声光报警等特性。     

一种基于线结构光传感器的圆位姿测量方法

对零件上圆形特征的测量是工业制造中质量控制和自动化加工的重要方面。针对基于计算机视觉原理测量空间圆位姿适应性弱、鲁棒性不强的问题,研究了一种基于线结构光传感器的测量方法。根据图像上椭圆以及空间圆对应的两个二次曲面方程之间的转换关系,求取圆孔法向矢量,该过程需要借助一个虚拟锥面构建中间曲面转换矩阵;进而结合法向矢量和激光线与圆周两个交点的三维坐标数据构建圆孔平面,利用共线方程即可得到圆孔的孔心坐标和半径。对该测量方法进行实验验证,结果表明:在线结构光传感器与空间圆的各种姿态下,圆孔半径在2～4 mm范围内,法向矢量平均误差为0.3°、半径平均误差为0.02 mm、孔心坐标平均误差为0.02 mm。在对比实验中,该方法对于半径为3.054 mm的圆孔,半径最大误差为0.04 mm,旧方法误差极值为0.23 mm。从而验证了该方法在各种场景下测量结果均能达到较高的精度,工作环境适应广,鲁棒性较强。     

基于参考靶标的线结构光传感器标定

为提高线结构光传感器(LSLS)的标定精度,提出了一种基于平面参考靶标的标定方法。给出了相机坐标系下参考靶标点中心坐标及激光平面方程的计算方法;将参考靶标点中心向激光平面投影,并以左下角投影点为原点建立世界坐标系,得到了靶标点中心像素坐标所对应的世界坐标;采用多项式拟合得到了任意像素点到世界坐标的转换关系,实现了传感器的标定,标定结果仅为多项式的系数,便于存储和使用;对标定误差进行了分析。结果表明,所提方法得到的各测试点与第一个点间距离误差的均方根值为0.0216 mm,相对于传统方法减少了22%,所提方法在LSLS高精度标定方面具有一定的优越性。     

光波导振荡场传感器

针对消逝场传感器的不足,提出了一种传感介质处于波导芯层,且以超高阶导模为探针的光波导振荡场传感器.由于其波导芯层处于功率密度极高的振荡场区域,而超高阶导模又具有对芯层参数极为灵敏的性质,因此这种新型传感器的灵敏度大大增强.实现了超越消逝场传感器灵敏度极限值几个量级的位移传感器.     

光电化学生物传感器研究

光电化学法是在光照射下,将化学能转换为电能的低成本方法。而光电化学生物传感技术由于具有通过生物分子氧化产生的光电流来检测生物分子的能力而引起了广泛的关注。光电化学生物传感器具有低成本、高灵敏度、高特异性、仪器操作简单以及检测背景信号低等特点,在免疫检测和生物技术等重要领域具有广泛应用前景。近年来,对于光电化学生物传感器性能和检测方法的研究也取得了颇丰的成果。本文主要介绍光电化学生物传感器的概念及基本原理、分类应用及对其未来的展望。     

透过散射介质的结构光重构方法及特性分析

结构光透过生物组织、沙尘等强散射介质时历经多重散射,会改变原有相位信息和传播方向,破坏相干性,最后形成散斑。本文主要针对结构光重构特征和适用性进行分析,以条形结构光作为入射光,透过散射介质后,分别运用直接求逆法、相位共轭法和TVAL3法对其进行重构,并分析不同测量噪声水平下,三种方法对条形结构光的重构效果。仿真结果表明:测量噪声水平为0时,直接求逆法能得到较完美的重构效果;存在测量噪声且测量噪声水平小于0.025I时,TVAL3法能较好实现重构,而相位共轭法重构效果一直较差。同时,也运用三种方法实现了单点、三点的点光源重构。     

磁光玻璃光纤的偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用

在磁光玻璃裸光纤偏振特性研究的基础上，研制磁光玻璃光纤，偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用。将采用模管法拉制成的磁光玻璃光纤置于亥姆霍兹线圈产生的磁场中，当线偏振光通过该光纤时，其偏振面旋转一定角度，把该角度转换成光信号的强度，然后再用仪器进行检测。通过对线偏振光偏振面在磁场中的偏振特性的测试与实验，提出用磁光玻璃光纤构成的全光纤电流传感器，可用于电流和磁场测试。     

Study on Calibration Methods of Structured Light Sensor

In this paper,advantages and disadvantages of existing calibration methods are presented.Based on the projective transformation which is the basic principle of a CCD camera,a new method of calibrating structured light sensor is presented.Steps and advantages of the calibration and experimental results are given.     

Study on Calibration Methods of Structured Light Sensor

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ａｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｅｎｓｏｒ (ａｌｓｏｎａｍｅｄｖｉｓｕａｌｓｅｎｓｏｒ)ｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ ,ａＣＣＤｃａｍｅｒａａｎｄａｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ,ａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ .1 .Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｅｎｓｏｒｐｒｏｊｅｃｔｓａｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｏｎｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙａｌａｓｅｒ,ｔｈｅｎｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｅｄｌｉｇｈｔｉｓＦｉｇ .1…     

一种高精度线结构光视觉传感器现场标定方法

针对现有线结构光视觉传感器标定方法存在的局限性,提出一种不需要求解光平面标定点的标定方法.根据光条图像求解平面靶标上光条在摄像机坐标系下的Plücker矩阵.在视觉传感器前合适位置将平面靶标摆放多次,联立所有光条空间直线的Plücker矩阵,求解光平面在摄像机坐标系的平面方程.最后通过非线性优化方法得到光平面方程在最大似然准则下的最优解.在标定过程中,所有光条点都参与光平面参数的计算过程,因此该方法标定结果精度高、稳健性强.实验证明,与现有方法相比该方法标定精度提高30%左右.     

Study on the Alignment and the Calibration of a Laser Structured Light Sensor

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｎｓｉｎｇｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｏｄｙ ｉｎ ｗｈｉｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ,ｒｏｂｏｔｖｉｓｉｏｎ ,ｉｎｖｅｒｓｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ｃｕｒｖｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ,ＣＡＤ ＣＡＭａｎｄｍｅｄｉｃａｌｄｉａｇｎｏｓｉｓ .Ｏｐｔｉｃａｌｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｎｓｉｎｇｉｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇｗａｙｉｎ…     

基于互补型光栅编码的相位展开

为了解决在运用相移技术和二元光栅编码结构光进行相位展丌时存在的误码问题,提出了一种新的互补型二元光栅编码.通过多投一幅格雷码图案,并利用格雷码相邻码字之间Hamming距离为1的特点,没计出互补的两种编解码方式.利用两种编码出现误码位置的不同,并结合相移技术解决了去包裹过程中的误码问题.论述了互补型二元光栅编码的设计方法及特点,并详细分析了基于互补型二元光栅编码的相位展开过程.计算机模拟和三维重建实验清楚地表明,提出的互补型光栅编码能很好地解决了误码问题且具有很高的可靠性.     

基于彩色结构光的自由曲面三维重建方法

彩色结构光三维重建过程中,系统的非线性耦合以及待测曲面的拓扑结构等均会对结构光解码产生影响,从而导致调制条纹漏检和颜色码误识别.为解决这一问题,提出一种基于彩色编码结构光的三维重建方法.利用YUV颜色通道对调制条纹进行滤波差分投影处理,通过调制条纹的波形分布提取中心特征线;利用颜色聚类方法精确获取调制条纹的颜色码信息值...     

基于无约束系统的结构光三维测量方法

针对传统结构光系统进行三维测量时,要求满足双瞳平行于参考平面和摄像机光轴垂、直于参考平面这两个强约束条件,建立了新的系统结构,去除了平行和垂直的约束,摄像机和投影仪位置可自由摆放.基于该无约束系统结构,提出了一种新的系统标定方法,通过重建"投影仪摄像机参考平面"三者的空间关系,可以简便而精确地获取传统"高度相位"公式中参量:双瞳的距离和摄像机到参考平面距离;同时,推导了无约束系统结构下新的物相关系方程和高度计算公式.实物测量结果证明,基于无约束系统的结构光三维测量方法可操作性强,测量精度可达0.1 mm.     

平顶线结构光的中心检测算法及光刀平面标定

针对传统线结构光光刀平面标定方法测量精度不高,应用范围小的问题,提出基于平面标靶的线结构光系统光刀平面标定,对无激光的标靶图片进行迭代摄像机标定,有激光的标靶图片进行光刀平面标定.提出光强符合均匀分布的平顶激光检测中心算法,将平顶激光建模为矩形的台阶函数,估计背景亮度和前景亮度,确定亮条纹宽度,再将窗口内的有效像素参与重心计算,得到光条纹中心.用该算法对不同噪声及不同量块的图片进行处理,结果表明,处理后图像的均方根误差分别在0.149pixel和0.176pixel内,表明该算法抗噪声能力强、精度高.用该算法提取光条中心,计算光条在标靶上的位置,根据至少两个姿态下的光条中心三维点,基于最小二乘法拟合光刀平面.通过迭代摄像机标定和光刀平面标定,利用三角测量法,在立体视觉模型下获取物体的三维点云数据.实验测量两个距离为100.5mm的标准球,相机与标准球距离为500mm,比较两球心距离与标准距离,测得平均误差为0.236mm.表明平顶激光检测中心算法切实可行,光刀平面标定方法基本满足要求.     

共焦光学传感头用于红外上转换油墨的微弱光检测

提出了采用共焦光学传感头检测红外上转换油墨(IR ink)的上转换弱光信号的方法,采用了专门设计的光学元件和检测放大电路,实现了红外油墨上转换发光的微弱光检测,对不同混合比例红外上转换油墨进行了检测,分析了实验结果.其结构简单、取样准确,可实现探测器的袖珍化.