动载体光电成像系统视轴稳定精度研究

载体扰动会对光电成像系统的性能产生影响.分析载体扰动的特点及产生的原因,主要分析载体角运动对光电成像系统性能的影响.在此基础上从空间分辨率、人眼观察性能以及跟踪精度3个方面分析光电成像系统对视轴稳定精度的要求,指出对于探测器限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在探测器限制的空间分辨率内,或将像移控制在一个探测单元尺寸内,对于衍射限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在衍射限制的空间分辨率内,得出了视轴稳定精度必须在满足成像系统空间分辨率的基础上,根据实际功能需求进行确定的结论.最后通过实例验证了上述结果.     

衍射主镜面外拼接误差分析

多子镜拼接的方法可实现大口径菲涅耳衍射透镜制作,但拼接误差会对光学系统的成像质量造成影响。通过衍射光线追迹和波前恢复的方法,正向得到了子镜沿自身x′轴倾斜、y′轴倾斜、z′轴平移等面外误差与对应波前误差Zernike系数的数据库。利用数据库基于反向传播神经网络优化算法反向建立波前误差Zernike系数与对应面外误差的非线性耦合映射模型,可实现通过输入Zernike系数完成对面外误差耦合扰动情况的快速求解,运用带有符号的数值判定面外误差的大小及方向。对该模型进行模拟数值计算,验证了该方法的精度及可靠性,为衍射拼接主镜的共面检测、装调提供理论依据。     

光学镜头、光学零部件

介绍了用于NSRL的X射线衍射和散射光束线中环面聚焦镜的成像原理和基本结构.分析计算了各种像差和面形精度对成像质量的影响,重点描述了镜子因受力弯曲在子午方向的曲率变化与理论值的误差以及反射表面受同步辐射光照射而产生的热载变形,进而求得实验样品上束斑成像的高度。最后用CCD探测实际光斑的尺寸.     

光成像技术用于地铁电阻式制动器热变形的测量

由于瞬间负载大电流产生电热冲击,使得地铁使用的制动电阻器内部电阻片在热力耦合作用下过度变形。为消除接触式传感器本身对温度场和位移场的干扰,对温度和变形均采用了非接触式测量。在温度的测量中,采用了红外线遥感测温仪;在变形的测量中,应用了以数字光栅投影和Gray-code编码法为基础的结构光三维成像技术,对13个不同温度点进行了电阻片的热变形测量。通过系统标定和误差控制,使得变形测量系统的误差在0.1mm以内。非接触式测量是热应力实验研究的发展方向,而光学成像技术在热变形检测中的应用,为热应力的实验研究开辟了新的途径。     

基于分段边缘拟合的测风多普勒差分干涉仪成像热漂移监测方法

多普勒差分干涉仪是近年来发展起来的一种适用于中高层大气风场星载测量的干涉仪,它依靠对干涉图相位的精确反演计算气辉谱线的多普勒频移得到大气风速.环境温度的变化导致干涉仪光机组件发生热变形,造成成像面在干涉方向上的热漂移,改变相位的像元分布,直接引入相位误差从而影响风速反演.为了减小这种成像热漂移对多普勒差分干涉仪相位反演的影响,本文用分段拟合的方法检测光栅的标尺刻槽在干涉图中成像图案的边缘,定位刻槽图案的亚像元位置并依此监测成像热漂移.在近红外多普勒差分干涉仪样机的热稳定实验中,像面热漂移检测结果与环境温度在高频振荡变化趋势上表现出较高一致性,二者相关系数经去基线后可达0.86,而干涉图相位漂移经成像热漂移校正后其高频振荡也得到大幅抑制,证明了该算法的有效性.为了进一步验证该算法精度,计算了数据信噪比以及拟合所用各项数据分布特征参数误差对边缘检测的影响,结果表明,边缘检测精度主要受数据信噪比和条纹频率参数准确性的制约,当拟合用条纹频率参数误差小于0.5%而其他数据分布特征参数误差在1%以内,数据信噪比在约35倍以上时,本文算法可以实现高于0.05像元的检测精度.     

Suomi NPP卫星可见光红外成像辐射仪的改进动态阈值云检测算法

基于可见光红外成像辐射仪多波段、宽覆盖、长重访周期的特点,以及云层在可见光到热红外通道的分布及变化特性,提出了一种适用于可见光红外成像辐射仪数据的改进的动态阈值云检测算法;通过遥感目视解译的方法对云检测结果进行精度验证,并与通用动态阈值云检测算法、可见光红外成像辐射仪云掩膜产品的结果进行对比。结果表明:所提算法能以较高的精度识别不同地表上空的云层,平均总体精度为93.23%,平均Kappa系数为0.821,对薄、碎云的整体识别精度得到了明显提高,错分和漏分误差明显减小;所提算法的云检测结果整体优于通用动态阈值云检测算法和可见光红外成像辐射仪云掩膜产品的云检测结果。     

汇聚式反射抛物面的宏观聚光测试

 目前反射式抛物面的检测主要是利用光的干涉法测量抛物面的光程来实现,虽然精度比较高,但却只能检测抛物面的光滑程度,而对抛物面的聚光效果无能力。该文从基本原理出发,重申反射式抛物面的聚焦成像本质,进而指出确定其聚光精度的关键是反射面各点的面积元方向与入射光的夹角关系,而不是光程关系。同时给出了应用特大口径平行光源或特大口径平行光源组合直接对反射抛物面进行检测的方法,它可以定性地检测出抛物面宏观的聚光效果和成像质量。     

温度对某机载成像光谱仪谱线漂移的影响

为了研究温度对机载成像光谱仪谱线漂移的影响,分析了机载环境下仪器温度载荷的特点、作用机理和表现形式,研究了光谱仪的谱线漂移特性。根据机载环境下温度载荷特点,利用有限元法,结合最小二乘法和坐标转换法,计算了光学系统各镜面在温度载荷作用下面形变化和刚体位移。对变形后的光学系统进行了光线追迹,研究了其谱线漂移特性。通过热光学实验和飞行成像期间光谱定标实验验证了理论分析。热光学实验表明,在±10℃温度变化范围内,谱线在光谱方向仅发生整体平移,没有拉伸或压缩效应。在飞行期间的定标实验中,其平均谱线偏移量为0.248 nm,满足定标精度的1/3(定标精度为1 nm)要求。后续成像不需要再进行光谱定标或光谱修正。     

基于结构光的光线追迹与波前重建方法

提出一种基于结构光条纹成像的光线追迹和波前重建方法.以结构光条纹相位为信息载体,采用相移技术精确地测量结构光条纹成像过程中相位的变化,实现高分辨的光线追迹,得到点列图.由于光线传播方向与波前垂直,凶此可以实现波前重建.将一个液晶显示器(LCD)置于点光源后,显示正弦灰度调制光栅图样以产生标准条纹光束.条纹光束通过被测光学元件后,发生变形.CCD记录下变形条纹图样,根据相移技术进行处理,计算后完成测量.由于调制光栅图样是由计算机产生的,所以光栅的周期和方向可以灵活设置,并可以实现精确的相移.实验验证了该方法的可行性.     

基于普尔钦斑点的人眼视线方向检测

分析了在人眼视线方向检测中普尔钦斑的成像机理,探讨了普尔钦斑的位置与眼球转动角度间的变化关系,发现普尔钦斑的位置随着眼球的转动而基本呈线性变化的规律。提出了仅利用普尔钦斑的偏移量来检测视线方向的新方法。该方法只需在拍摄得到的眼睛图像中寻找灰度特征明显的普尔钦斑即可准确判断出使用者的视线方向。实验证明,该方法简单有效,所需要的运算量小,可提高视线方向的检测速度和精度,能进一步简化检测装置。     

圆光栅测角系统误差分析与修正

为了提高测角系统的测量精度，基于误差的特性和表现形式，从谐波角度对测角系统中的刻划误差、光电信号误差、偏心误差、倾斜误差和变形导致的误差建立相应的数学模型，并对偏心误差和倾斜误差进行仿真分析。搭建了金属圆光栅测角系统，对系统中的误差进行了分析和修正。实验结果表明:测角系统测角误差为134.2″，修正后误差为32.23″，圆光栅测角系统误差分析为后续的误差补偿提供了理论基础。     

基于光纤光栅技术的船体横扭角测量方法研究

简要介绍了常见的船体横扭角测量方法,与传统的船体横扭角测量方法相比,光栅技术具有精度高、体积小、测量通道多等优势。建立了从应变量到横扭角的转换模型,设计并完成了与测量船现有变形测量系统的对比测量试验。试验结果表明:在较短测量时段内光栅测量数据与现有船载变形测量系统的测量数据吻合度高,误差在5″范围内,满足船体变形测量的要求;在长时间测量过程中,外界振动干扰对测量结果影响显著。     

软质齿轮影像法测量及系统误差和随机误差分析

通过实验了解影像法测量时的误差特性,分别对塑料、木质等软质齿轮公法线及模数在数显投影仪进行测量,并对实验数据进行分析处理,得到测量的系统误差主要来自测量时零线的对齐误差,通过对比检定法计算得出。随机误差主要来自于测量人员对齿廓的瞄准误差,通过A类不确定度进行计算得出。另外测量仪器的不确定度,按B类不确定度计算,由于其远小于A类不确定度,故忽略不计。对比塑料齿轮和木质齿轮测量的结果,得出软质齿轮测量的随机误差与材料、加工特性及表面质量相关的特点。木质齿轮的加工变形小于塑料齿轮,而且加工后齿廓表面质量较好,使得木质齿轮测量的随机误差小于塑料齿轮的随机误差。     

一种基于特征点间线段倾角的姿态测量方法

基于目标特征点间线段倾角信息,提出了一种适合于目标远距离成像和相机内参未知条件下解算目标姿态的目标3维姿态测量方法.采用仿真图像对该方法的正确性进行了验证.实验结果:姿态测量误差绝对值均值小于0.6°,且目标成像尺寸为350pixel时,姿态测量误差绝对值小于0.5°.实验表明该算法具有较高解算准确度和较强的收敛性.     

三线摆转动角度控制装置的设计

用FD-IM-II新型转动惯量测定仪测刚体转动惯量的实验条件之一是转动圆盘角度要小于5°,在实验中发现该仪器没有配置角度控制装置,因此无法准确控制角度,会造成实验结果误差增大。文章为FD-IM-II新型转动惯量测定仪的三线摆设计了2种转动角度控制装置的方案,这样转动角度就可以精确控制在5°范围之内,保证实验条件的满足,从而使实验结果的误差减小。     

矩形靶标测试CCD相机调制传递函数的研究

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时,由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差,实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义,模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像,推导出了CCD像元的亮度分布公式,从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系,并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。     

大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术研究

以光度学为理论基础,研究了大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术。论述了600~800mm非对称、双半球不等半径积分球的设计方案。对像面均匀性测试系统的积分球出口进行了测试,出口处的照度不均匀性不高于2.3%,照度不稳定性不高于2.7%,积分球后半球内表面的亮度不均匀性不高于4.4%。在对测试结果进行误差分析的基础上,对大视场CCD摄像机进行了实际测试。结果表明,该装置可广泛应用于光电成像系统的像面均匀性测量。     

光栅周期不一致对莫尔条纹法测量扭转角的影响

为了提高用莫尔条纹法测量扭转角的测量精度,分析了光栅周期不一致对扭转角测量误差的影响。从基于莫尔条纹法测量扭转角的原理出发,论述了光栅周期不一致与测量精度的关系,讨论了引起两光栅周期不一致的两个因素,即光栅刻划误差以及两光栅栅面不平行。理论分析表明,前者是引起光栅周期不一致的主要原因。当两光栅等效周期比值β＜1.001时,在±15′的测量范围内,选择光栅周期为50 μm,莫尔条纹宽度为1 400~1 800 μm时,光栅周期不一致引起的测量误差可以控制在1.6″之内。     

CCD电视经纬仪测角精度的室内检测及其误差源分析

用于多目标炸点坐标实时测量的CCD电视经纬仪是一种高精度的靶场测量设备,其测角精度等级优于1’,而高精度的测试设备又对检测方法和检测条件提出了更加严格的要求。本文简述了GK-312炸点坐标测量系统中CCD电视经纬仪测角精度的室内检测方法,分析了影响测量和检测精度的主要的误差因素。     

飞行试验中军用1553B总线的实时采集技术

针对飞行试验中飞机结构件的动态变形测量问题,提出了一种基于图像的测量方法,对其中涉及的关键技术进行了研究。采用10参数模型非线性成像模型补偿摄像机系统误差,引入摄像机动态校准算法,使摄像机标校重投影误差小于0.03pixel;采用编码标志作为测量标志,提高了图像自动识别和匹配效率;采用双像机交会测量计算测量标志位移变形量可达到0.15mm/1m。实验证明,该方法满足飞行试验中飞机结构件动态变形要求。