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。     

CCD像感器在光学演示实验中的应用

介绍了CCD像感器在光学演示实验中的应用。     

无衍射光束的产生及其应用

近年来,随着激光技术的快速发展,相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束,包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果;就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论;并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.     

一种新的光束概念—无衍射光束

本文介绍了国际学术界新近提出的无衍射光束概念,对该光束的物理机制和应用前景进行了讨论。     

衍射理论对局域空心光束及无衍射光束重建的描述

利用衍射理论导出了局域空心光束的传输表达式及光强分布,给出了局域空心光束的精细结构,详细分析了其演变过程。讨论了聚焦透镜的焦距f对径向暗域最大尺寸及轴上暗域长度的影响。结果表明,径向暗域最大尺寸及轴上暗域长度都随着f的增大而增大。通过轴棱锥-透镜系统获得局域空心光束,用体视显微镜和CCD照相机组成的系统拍摄光束强度分布。结果表明应用衍射理论可以较精确地描述局域空心光束的演变过程。找出了其应用中的不利因素,更清晰地展现无衍射光束的重建现象。这种描述方法弥补了几何理论和干涉理论的不足。     

TDI CCD像元响应不一致性校正算法

线阵TDI CCD遥感相机的不一致性校正对获取高质量的图像来说具有重要意义。主要对TDI CCD像元响应不一致性的校正算法及其硬件实现进行了深入的研究。对CCD的噪声特性进行了详细的分析,给出了像元响应不一致性(PRNU:Pixel-response non-uniformity)的退化模型及校正算法,并对其计算精度进行了分析,在硬件电路上对校正算法进行了验证,详细分析了影响校正效果的各种因素。实测结果表明,校正后图像的信噪比得到显著提高。     

无衍射光束聚焦后的重建与矫正

基于衍射理论分析了无衍射光束聚焦后重建现象.导出重建后的光场分布表达式,数值模拟了重建光束的光强分布.结果表明,重建光束中心光斑较聚焦前的无衍射光束中心光斑大,而且重建后的光束有较大的发散角,光束随着传输很快扩散,光强迅速衰减.此类光束的应用受到限制.利用另一正透镜对重建后的光束加以矫正.并且由几何光学知识,得到了改变重建光束参量的方法,研究结果拓宽了无衍射光束的应用.用体视显微镜和CCD照相机组成的系统拍摄光束强度分布,实验结果与理论计算相吻合.     

无衍射贝塞尔光束非球面透镜设计

提出一种可产生无衍射贝塞尔光束的非球面透镜-贝塞尔透镜,该透镜由球面和非球面组成,呈旋转对称结构。利用光学设计软件ZEMAX通过光线追迹法对贝塞尔透镜进行设计,在设计和优化过程中,将出射光线与光轴的夹角作为边界条件,二次曲线参量和高次项系数作为变量。结果表明:利用标准二次曲线加上第一个高次项就可以得到比较理想的优化结果,设计的非球面贝塞尔透镜可以产生具有贝塞尔光束特性的无衍射光束。

     

无衍射贝塞尔光束非球面透镜设计

提出一种可产生无衍射贝塞尔光束的非球面透镜-贝塞尔透镜,该透镜由球面和非球面组成,呈旋转对称结构。利用光学设计软件ZEMAX通过光线追迹法对贝塞尔透镜进行设计,在设计和优化过程中,将出射光线与光轴的夹角作为边界条件,二次曲线参量和高次项系数作为变量。结果表明:利用标准二次曲线加上第一个高次项就可以得到比较理想的优化结果,设计的非球面贝塞尔透镜可以产生具有贝塞尔光束特性的无衍射光束。     

一种测量CCD上像点精确位置的方法

本文介绍一种新的ＣＣＤ技术。同时结合光学技术、计算机采集系统，可以实现多个光点在ＣＣＤ上位置的精确测量。在硬件电路设计中，围绕８２５４计数器给出了电路原理图，并详细介绍了实现信号中点位置检测计数的方法。软件部分给出了程序框图。此外，我们已使用此方法实现了钢板表面平坦度的检测，相信它可以推广到其它应用领域。     

基于高斯分布的星点图像亚像元定位算法研究

应用高斯点分布函数为数学模型,提出了一种新的获取高精度恒星质心位置的方法.由于入射到星像点邻域内像元中的光子能量呈近高斯分布,因此利用成像邻域内像元强度的比值,将高斯点分布函数展开成为关于质心位置的多项式,可将质心位置在x、y轴方向分别计算出来,并利用从星图中提取出的多星对角距误差的统计值来间接验证提出的算法.试验结果...     

星点图像超精度亚像元细分定位算法的研究

在CCD星敏感器中,星点图像质心定位的准确性影响星图识别的正确性,也决定了星敏感器测量的有效性。质心法是星点质心亚像元定位的传统方法,然而,它存在系统误差和随机误差。分析了误差产生的原因。在传统质心法的基础上提出了采用二元线性插值和自适应质心窗来改善信噪比,并对误差进行校正,实验证明了它比传统的质心法有更高的精度。     

线阵CCD图像处理算法研究

研究了线阵CCD在动态测量中的整体图像处理方法 ,包括杂散点剔除、图像平滑、边缘识别等方法。提出的整体图像的样条插值方法使得边缘识别精度比较高 ,实现起来较容易 ,该方法特别对复杂环境下的动态CCD图像处理有效     

应用激光和CCD的远程位移检测实验研究

研究了利用线阵CCD对远程位移激光检测的方法 ,设计了光路、信号处理电路 ,并通过实验验证了该方法的可行性。该检测手段成本相对较低 ,具有自动、连续在线检测 ,非接触 ,精度高的特点。     

一种改进的代表点匹配算法在稳像技术中的应用

提出一种用于电子稳像技术改进的代表点匹配算法。通过合理的划分区域,保证在区域内各点运动的一致性,利用代表点匹配算法确定各区域内的运动矢量,并把其代入变换模型可得关于旋转、平移和变焦等信息的线性方程组,求其方程的解得全局运动矢量。利用该方法的特点是,具有速度快,并能求出平移运动和旋转运动参数,实现图像运动的平移和旋转补偿。实验表明,改进的稳像算法对于提高动态图像的稳定性具有较好的效果。     

CCD的输出响应与相机MTF测试

以往在测试CCD相机的调制传递函数 (MTF)时 ,通常未考虑CCD像元的输出响应对测试的影响 ,因而导致了相机的MTF测试数据与理论计算值存在着一定的偏差。在采用高对比度靶标对线阵CCD相机MTF进行测试时 ,根据对测试数据的分析 ,发现在CCD像元的响应中包含着一种不同于像元暗电流的基底响应。通过考察CCD在不同照度下的输出响应 ,将以往的CCD绝对定标公式进行扩展 ,可以得出CCD像元的基底响应与暗电流对计算相机MTF的影响关系。据此 ,可以在CCD相机系统测试过程中得到相机的真实MTF数据 ,并且为CCD相机的图像后期处理提供了一种方法     

CCD致冷技术在小型光谱仪降噪中的应用

与传统光谱仪相比,小型光谱仪在性能上存在着较大的差距,光度准确度较差、信噪比低等问题限制了其在弱光检测中的应用。分析小型光谱仪的噪声来源及其抑制方法,结合CCD设计了其致冷结构,并采用半导体致冷技术对自行设计的小型光谱仪进行了降噪处理。测量了不同温度下CCD的暗电流,发现致冷对CCD噪声起到很好的抑制作用;在此基础上,参照分光光度计的国家机械行业标准和计量检定规程,测量了致冷条件下小型光谱仪的光度噪声和基线平直度。结果表明：致冷能有效地提高仪器的性能,实验用小型光谱仪的光度噪声为±0.002Abs,基线平直度为±0.004Abs。     

加权实时数据融合在线阵CCD测温中的应用研究

针对面阵CCD测温系统的复杂性及对波长的不可选择性,提出了一种利用线阵CCD进行温度测量的方法,并在2.5kW热处理炉上对其进行了实验研究。实验结果表明,该方法简单易行,可任意选择波长组合,利用CCD光谱响应及比色测温原理,得到了测量点的温度值。由于受波长等多种因素的影响,所测得的值之间偏差较大。为了减小误差,引入了加权实时数据融合算法。与传统的算术均值方法相比,该算法计算量小,精度较高,且无需任何先验知识,仅根据各传感器的输出信息就能使融合后的估计值得到优化。