水下同步扫描三角测距成像理论建模及仿真分析

针对激光同步扫描三角测距成像系统水下应用时,考虑不同介质界面的折射效应,通过理论建模,得出水下同步扫描三角测距成像系统的空间三维坐标测量关系表达式。分析了基线距离、接收透镜焦距等系统主要参数对距离测量分辨率的影响,以及成像探测器长度对测量范围的影响。仿真结果表明:增大基线距离和接收透镜焦距,有利于提高距离测量分辨率,增加成像探测器长度,有利于增大系统测量范围,为水下同步扫描三角测距成像系统的设计提供了理论依据。     

组合式面形测量系统的优化设计

在明确线结构光三角测量法原理的基础上,针对目前面形测量系统测量功能的单一性,设计了一种集旋转测量和移动测量于一体的面形测量系统。在系统结构设计中,系统参数,包括激光器和CCD之间的基线距离L、工作距离D、测量角α、透镜焦距f和CCD自身的参数对系统测量分辨率和测量范围有直接影响。在分析了这些参数之间的关系的基础上,对系统进行了优化设计和工作参数的确定。     

双目视觉系统的测量误差分析

通过对双目视觉测量系统的研究,建立了双目视觉测量系统的误差模型,并分析了系统结构参数对测量结果的影响。在理论上对系统结构参数(两光轴夹角、基线距离)与测量精度之间的关系进行了系统、详尽的分析,得出了测量系统的位置误差对距离方向上的精度影响较大;光轴夹角的变化对测量误差影响不大,而距离方向的误差随着基线距离的增加而减小的结论。本文建立的误差模型对具体的双目视觉测量系统的设计具有指导作用。     

几何结构标定误差对偏折术的影响

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。从数学模型、理论模拟和实验三个方面分析了几何结构标定误差与低阶面形测量误差之间的关系。给出了表示几何结构标定误差与面形测量误差之间关系的数学模型,并通过模拟和实验对其进行了验证。结果表明,几何结构标定中坐标平移误差会导致倾斜和离焦面形测量误差;被测面分别与相机和显示器之间的距离越大,几何结构标定的误差对低阶面形测量的影响越小。研究结果可以帮助设计合适的偏折术测量系统结构和提高低阶面形测量精度。     

360°旋转体面形测量系统的优化设计

在明确线结构光360°旋转体面形测量的基本原理的基础上,对系统的结构进行了性能分析和模拟计算,得出了系统参数,即CCD与激光器之间的基线距离L、工作距离D、透镜的焦距f以及CCD自身的参数与系统测量分辨率和测量范围之间的关系。最后在满足系统测量分辨率和测量范围的条件下,给出了系统的结构参数。     

光学测试 非光学量测试与设备

TB922006054589组合式面形测量系统的优化设计=Opti mum design ofshape measurement system combined rotating style withmoving style[刊,中]/曾爱华(上海大学机电工程与自动化学院.上海(200072)),屠大维…//光学技术.—2006,32(3).—406-409在明确线结构光三角测量法原理的基础上,针对目前面形测量系统测量功能的单一性,设计了一种集旋转测量和移动测量于一体的面形测量系统。在系统结构设计中,系统参数,包括激光器和CCD之间的基线距离L、工作距离D、测量角α、透镜焦距f和CCD自身的参数对系统测量分辨率和测量范围有直接影响。在…     

干涉测距仪中光纤的特性分析

提出一种由定位干涉仪和测量干涉仪组成的光纤干涉绝对距离测量方法 ,将对光程的定位过程和对距离的测量过程分别进行 ,实现对大距离的高精度绝对测量 ,同时在测量系统中引入光纤和光纤干涉仪 ,以改善系统结构和性能。详细分析了光纤损耗特性、色散特性和偏振特性对测量系统的影响 ,并特别给出了有关色散特性影响的量化分析结果。分析表明色散特性对于系统的测量范围有较大的影响     

基于等腰棱镜单摄像机立体视觉系统误差分析

基于等腰棱镜和单摄像机设计了一款小型化工业内窥镜系统,它能够同时获取同一场景的两个视图并在单帧CCD图像上显示。通过建立系统结构参数模型,分析测量范围对系统测量误差的影响,结果表明：近距离测量时,测量范围小系统误差小,随着测量范围变大测量误差也会变大,并且在沿着直线ω₁=ω₂方向,误差变化平缓。利用该系统测量高精度标定板的方格尺寸,测量误差达到微米量级,平均误差为2.06%,符合工业应用需求。文章系统结构紧凑,系统参数相对较少,对工业内窥镜的结构设计与应用具有一定的指导意义。     

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。     

散斑相干法测量表面粗糙度时相干光夹角变化对测量的影响

本文根据Leger激光散斑相干性理论,讨论测量表面粗糙度σ时两相干光束之间夹角的变化对测量精度和测量范围的影响,提出了合理选择夹角的理论依据,并从实验上得到了验证。     

A time-of-scan laser triangulation technique for distance measurements

This paper reports the development of an electro-optic device for relative distance measurement. The time-of-scan triangulation technique has been used as measurement principle and a rotating mirror employed as beam deflection system. A calibration technique is needed to calculate the geometrical parameters of the system. The device has an accuracy of 100 μm, a working distance of 20 cm and a range of 10 mm. The accuracy obtained depends on the instability of the rotation speed of the mechanical scanner that affects the measurement of the scanning time.     

Performance characteristics of single photon pulse ranging system using Monte Carlo simulation

Single photon pulse ranging system with extremely high sensitivity has been widely used in distance measurement and 3D imaging. To analyze the factors that affect the measurement precision and accuracy will help to improve system performance. According to system structure and principle, we mainly discussed the following factors: laser intensity, pulse width, detection efficiency and time jitter. A simulation model based on Monte Carlo stochastic method was constructed in this paper, and we get the specific influence of factors on measurement precision and accuracy by simulation. Finally, we set up laboratory experiment system and took effective experiments on ranging precision and accuracy.     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.     

基于二次偏振调制的变频测距方法与系统实现

由于鉴相精度限制、电路等引入的附加相移干扰等因素,传统相位测距技术精度的提高受到了限制.采用二次偏振调制技术对相位测距技术进行了改进.利用二次偏振调制方法能够直接在相位调制器上对两次调制信号的相位差进行解调,大幅度简化了系统的复杂程度.采用变频方法替代传统的鉴相方法,从而系统的测量精度不再受鉴相问题的困扰.从理论上得到系统输出光强与调制频率成正余弦关系,并进行了实验验证.基于变频测距的实验中,系统频率的稳定度优于10-6,测量精度可以达到±10.6μm(被测距离为4.5 m).并对一段长200 m的光纤进行了实际测量,得到了清晰的调制频率与系统输出光强的曲线.     

基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距及其非模糊度量程分析

飞秒光梳被广泛用于时间频率技术和精密光谱测量,由其时频特性所衍生的绝对测距技术以可溯源、大尺寸、高精度等优点有望成为未来长度计量的最重要手段.本文提出了一种基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距方法,使多个连续波激光器通过光学锁相环技术同步锁定到飞秒光梳梳模上,通过多路同步相位测量和小数重合算法最终实现绝对距离测量.所提测量方法不仅能保留传统激光干涉测距的高分辨力和精度,而且可溯源至时间频率基准,对高精度长度测量、尤其是对物理复现“米”的定义具有重要计量意义.测距实验证明,四波长干涉测距的非模糊度量程达到44.6 mm,折射率波动导致非模糊度量程变化为纳米量级;多波长干涉测距的非模糊度量程也受制于空气折射率的测量误差,多波长干涉绝对测距的非模糊度量程在实验室环境下可达数米、甚至几十米,并通过2米线性位移实验证明了多波长绝对测距的大量程和线性测量性能.     

A fast and precise three-dimensional measurement system based on multiple parallel line lasers

This paper conducts a trade-off between efficiency and accuracy of three-dimensional(3 D)shape measurement based on the triangulation principle,and introduces a flying and precise 3 D shape measurement method based on multiple parallel line lasers.Firstly,we establish the measurement model of the multiple parallel line lasers system,and introduce the concept that multiple base planes can help to deduce the unified formula of the measurement system and are used in simplifying the process of the calibration.Then,the constraint of the line spatial frequency,which maximizes the measurement efficiency while ensuring accuracy,is determined according to the height distribution of the object.Secondly,the simulation analyzing the variation of the systemic resolution quantitatively under the circumstance of a set of specific parameters is performed,which provides a fundamental thesis for option of the four system parameters.Thirdly,for the application of the precision measurement in the industrial field,additional profiles are acquired to improve the lateral resolution by applying a motor to scan the 3 D surface.Finally,compared with the line laser,the experimental study shows that the present method of obtaining 41220 points per frame improves the measurement efficiency.Furthermore,the accuracy and the process of the calibration are advanced in comparison with the existing multiple-line laser and the structured light makes an accuracy better than 0.22 mm at a distance of 956.02 mm.     

高精度激光三角位移测量系统误差分析

激光三角测量方法因其具有结构简单、非接触、信号处理便捷等特点而得到广泛应用。针对工程应用中提出的高精度、大工作距离的测量要求,从激光三角位移传感器结构、光斑定位不确定度和定标方法等方面进行分析,分别讨论了各个因素对于测量精度的影响,并提出了优化方案。经实验验证,该激光三角位移测量系统在110mm的工作距离下测量误差小于1.2μm,优于在同等工作条件下的商用激光三角位移传感器。     

激光调频连续波测距的精度评定方法研究

基于双光纤光路等光频重采样原理,提出了一种距离精度的评定方法.通过推导噪声背景下等光频重采样信号中距离参量的克拉美-罗下边界,得到了影响系统测距精度的两个重要因素:信噪比和扫描带宽,并进行了实验验证.实验表明,该评价方法并不会受到任何距离估算方法的影响,根据此方法可以选择一个最优的距离估算方法.通过对两个影响精度的因素进行仿真分析可知,在扫描带宽为2.2 nm时,若将测量光路的信噪比提升至70 dB以上,系统可获得低于10μm的测距精度.该精度评定方法可为后续改善调频连续波测距系统性能提供理论参考.     

共焦显微镜三维轮廓快速测量方法及其误差分析

共焦显微术在生物学及工程应用中已成为一种有效的测量、观察方法。本文针对共 焦显微三维测量系统提出了一种高精度快速算法,并进行了误差分析与计算机仿真。对实际 共焦三维测量系统的设计具有重要意义。