结构光传感器模型及特性分析

给出了结构光传感器的数学模型，并依此模型详细分析了结构光传感器的各项参量，讨论了这些参量对结构光传感器性能的影响，得到了关于传感器参量和传感器特性之间关系的公式，给出了传感器设计必须遵守的条件。利用所给出的公式可以方便地讨论传感器的性能，对结构光传感器的设计起指导作用。     

激光加速度传感器的理论研究

提出了一种新型加速度传感器的设计理论。该传感器设计以角锥棱镜作为惯性摆，利用光学干涉原理，可以实现对运动物体的二维加速度测量。对该传感器进行了系统的理论研究，给出了二维加速度激光传感器设计参量选取的一般规律，并给出了实验的初步结果。     

复合三子镜稀疏孔径光瞳结构的研究

由于在截止频率区域内稀疏孔径系统的调制传递函数(MTF)比全孔径系统的调制传递函数下降,甚至调制传递函数可能出现零点而影响成像质量,通过稀疏孔径系统的结构优化可以获得调制传递函数分布比较理想的孔径结构。给出了基于实际空间截止频率ρR和子孔径直径的稀疏孔径结构优化准则,对复合三子镜稀疏孔径结构进行优化,分析了优化前后的调制传递函数变化,并对优化结构的复合三子镜稀疏孔径系统模拟成像和维纳滤波,比较优化前和优化后稀疏孔径结构的成像情况。结果表明结构优化是稀疏孔径光学系统设计的一个关键部分,应用的优化准则对稀疏孔径结构优化是合理的,通过结构优化可以使复合三子镜稀疏孔径系统的成像质量得到改善。     

焊缝图像中结构光条纹的检测与分割

为了在复杂噪声环境下从焊缝图像中精确地提取结构光条纹,构建了语义分割与目标检测相结合的深度学习模型用于焊缝图像的检测.为了提高模型的检测速度,在语义分割分支中,通过添加并行下采样模块及缩减卷积核数量的策略对模型进行了优化,并使该分支与目标检测分支的特征提取部分共享权重.针对焊缝图像中结构光条纹与背景像素比例失衡而导致模...     

聚合物光栅生物传感器光信号检测滤波电路

矩形光栅1级和0级衍射效率之比对光栅的凹槽深度敏感,介绍了将其应用于聚合物光栅生物传感器的原理和光栅衍射光信号检测电路系统原理。设计了锁相放大器的信号通道滤波器,获得带宽不大于1kHz的窄带滤波特性;利用相敏检测器(PSD)结合二阶巴特沃思低通滤波器,使等效噪声带宽限制在20Hz以内,避免了工频干扰,实验结果表明系统输出信噪比SNR可达4 000以上。     

隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术

结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。     

光纤光栅传感器的波长检测系统及其理论分析

理论分析并实验研究了基于光纤光栅滤波调谐技术的光纤光栅传感系统。分析了由于光源光强度波动及光纤扰动而引起的波长测量误差，并给出了减小测量误差的方法。该系统采用应变仪作为读出设备，使测量结果的线性拟合度达0．9995，测量光纤光栅布拉格波长移动的最小分辨率为1．3pm。     

光寻址电位传感器的正交相位检波检测方法

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与两路正交信号相乘,通过低通滤波提取直流分量并相除,即可得到光寻址电位传感器的输出信号相位信息.与已有的光寻址电位传感器相位检测方法相比,该方法具有算法复杂度低、实时性高的优点.实验研究了调制光源光强对光寻址电位传感器幅度检测和相位检测的影响,对比分析了光寻址电位传感器的传统幅度检测方法与正交相位检波检测方法对pH检测的灵敏度、线性度及信噪比.结果表明,相比于幅度检测方法,调制光源光强对光寻址电位传感器的相位检测影响更小,在频率为10 kHz,pH的范围为1.68~10.01的情况下,相位检测方法比幅度检测方法测得的灵敏度增加了7 mV/pH,精度提高了14.9 mpH,非线性误差减小了0.003%,均方差减少了0.1051×10^-5,信噪比增加了8.2827 dB.该方法特别适用于弱光下的光寻址电位传感器检测.     

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。     

变焦结构光成像系统的光学设计

为了实现快速低成本改变光学系统焦距,设计了基于液体透镜的变焦结构光三维成像镜头和微透镜阵列。系统采用7片球面玻璃镜片和1片液体透镜结构, F#为3.2,全视场大小为10 mm,总长180 mm,焦距变化范围54 mm~61 mm。结果表明:该系统能实现投影距离227 mm~256 mm调节,调焦过程中目标表面清晰,细节分辨率高,系统在整个变焦区域内,在40 lp/mm时,全视场MTF优于0.2,系统场曲小于0.2,畸变小于0.2%。柱面微透镜阵列整体尺寸为10 mm×10 mm,周期宽度为1 mm,厚度为1 mm。随着投影距离的增长,光学系统成像质量先上升后下降,在237 mm处成像质量最优,随着投影距离的增加,光学系统的放大倍率增大,光学系统整体相对照度不均匀性小于0.2。     

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…     

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.     

Study on Calibration Methods of Structured Light Sensor

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

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.     

利用折射光场分析液滴中光传播规律

为了保证液滴分析技术的重复性和可靠性,必须对光在液滴中的传播规律有更为深入的了解.设计并制作了三套不同方位的实验系统,以纯净水作为实验样品.分别拍摄了自液滴中向三个方向的折射光场分布.通过分析折射光线分布,并利用光纤出射光场的实验规律,进一步得出光在液滴中的传播轨迹,解释了光纤液滴指纹图中峰值形成过程.实验结果表明,光纤液滴指纹图中不同的特征峰值所对应的光在液滴中的传播模式是不同的.     

利用环形激光视觉传感的焊缝三维恢复

为了实现复杂条件下的焊缝检测与跟踪,通过激光扫描技术,开发了环形激光视觉传感器,与机器人手爪一起构成焊接机器人"手-眼"系统,从而获得焊缝三维信息。改善了传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题。研究了用于焊缝定位与跟踪的环形激光视觉传感器系统的内外参量标定,提出了实现焊缝三维计算的模型,最后,以对接接头、搭接接头、角接接头为对象进行了试验验证,并对标定精度进行了分析。结果表明:环形激光在不同的焊缝表现了不同的形态,结合标定试验结果,能够计算被检测焊缝的三维坐标,计算精度能够满足试验要求。     

基于垂直层叠结构的多光谱彩色传感器研究

基于垂直层叠的半导体结构是多光谱彩色传感器中的新技术,它具有抗色彩失真, 高空间分辨率, 无需彩色插值和低通滤波器以及更高的光能量利用率等优点。它的基本原理是利用不同波长的光在硅材料中穿透深度的非线性分布,即：短波长的蓝光主要在表面被吸收,长波长的红光则主要在更深的位置被吸收。目前国际上研究的结构中有使用标准晶态硅工艺制作的埋入式多pn结结构和使用PECVD方法制作的非晶硅系象素结构, 其中前者利用了标准的硅工艺, 而由于后者使用了光学性能更好的非晶硅系材料, 在结构设计上具有更大的灵活性。文章在综合了国际研究文献的基础上,对其光谱机理和象素结构进行了理论与实验分析,对性能做出了比较,并提出了下一步研究的主要方向。     

基于高速CMOS图像传感器的空间瞬态光探测

（以CMOS图像传感器LUPA-1300-2为对象,研究了多斜率积分功能）在空间瞬态光探测系统中的应用.以ACTEL公司APA600 Flash型FPGA为硬件载体,分析设计了其驱动控制,验证了LUPA-1300-2的易操作性,结果表明,该功能可以降低系统的复杂程度和提高系统观测的动态范围,有利于观测瞬态光点周围的瞬间变化,从而提高系统的可靠性和信息收集能力.