基于时域频域分析结合的调谐激光吸收光谱检测参数优化

随着调谐激光吸收光谱(tunable laser absorption spectroscopy, TLAS)技术在气体检测中的应用越来越广泛,二次谐波信号的质量与检测参数紧密相关,因而分析检测参数的优化方法很有意义。本文根据谱线预处理中的滤波参数、系统采样时间、锁相放大器的时间常数对信号的影响以及参数间的联系,总结检测参数的选取规律。根据滤波原理和不同浓度下信号的均方根误差(root mean squared error,RMSE)值选择合适的滤波阶数和窗宽。选择信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、RMSE、信号与噪声频域幅度之比(ratio of amplitude in frequency domain of signal to noise,f_SNR)3种评价指标的曲线变化趋势进行时频分析,得到最佳采样周期数为30,结合实验系统具体参数可计算最佳采样时间。通过信号主频带与截止频率的关系和滤波效果选择合适的时间常数。综合分析3个检测参数并总结选取方法,可提高二次谐波信号的质量。本文提出的参数选取方法对提高二次谐波在实际应用中的准确度有...     

飞行参数实时采集系统的设计与实现

为了准确获取实时的飞行参数,提出了一种以FPGA为核心的多路数据采集系统设计。描述了系统硬件设计,通过VerilogHDL语言设计有限状态机完成流水采样以及FPGA与DSP数据通信,并用Modelsim对各设计模块进行仿真。实验证明这种设计方法简化了系统的硬件电路复杂性,使整个采集系统具有灵活高效的特点。     

基于相位标靶的投影仪畸变测量与校正

针对传统的投影仪畸变标定方法系统结构和理论推导复杂等问题,提出一种基于相位标靶的投影仪畸变测量和校正方法.该方法以附有全息投影膜的液晶显示屏作为相位标靶,液晶显示屏依次显示水平和垂直方向的正弦条纹图像,投影仪向相位标靶依次投射水平和垂直方向的正弦条纹图像,并分别计算显示条纹和反射条纹的绝对相位.利用两组相位在相机像素上...     

多光通道条纹投影系统误差测量与补偿

基于相位计算的多通道三维测量技术由于同时使用多个光通道,通道间串扰和色差、镜头畸变以及器件非线性响应等多种误差耦合在一起,影响测量效果和检测精度.针对该问题,从采集图像的误差类型出发,将误差分为图像像素亮度与实际亮度之间的光强误差和图像像素空间分布的位置偏差,以此分别构建了光强误差关系和位置偏差关系并对检测系统进行定量测量.最后提出一种系统误差补偿方法,利用建立的误差关系修正了采集图像光强亮度和像素位置偏差,同时补偿了上述误差对测量结果的影响.实验结果表明,利用本文提出的误差补偿方法对标准台阶进行多通道三维形貌测量,测量误差从0.678 mm减小到0.031 mm,该方法对此类系统的高精度三维测量具有实用价值.     

基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。     

高反光表面三维形貌测量技术

陶瓷、古文物以及金属工件等高反光物体表面的三维形貌测量在各个领域有大量的需求和应用。由于表面反射率变化范围较大以及相机灰度范围有限等问题,传统的条纹投影方法不能正确地测量高反光表面的三维形貌。综述了高反光表面三维形貌测量技术的国内外研究现状、应用领域和未来发展方向。首先,根据所采用原理和测量方法的不同,将现有的高动态范围三维形貌测量技术分为下述六类进行详细的介绍:多重曝光法、投影图案强度法、偏振滤光片法、颜色不变量法、光度立体技术以及其他技术。然后,详细的比较了各种技术的优缺点并归纳其适应性分析。最后,总结了高反光表面三维形貌测量技术的应用领域并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容,使用者可根据不同的应用需求和测量条件选择相应的最佳三维测量方法,进而更精确的重建高反光表面的三维形貌。     

多光通道结构光三维测量系统误差补偿研究

本文通过对多光通道结构光三维测量系统误差分 析发现,相机采集光强受通道间串扰以及投影、采 集图像器件非线性响应等误差影响。在分析串扰和非线性误差影响投影和采集光强的基础上 ,提出了针对 相机采集光强进行系统误差补偿的数学模型。投影0－255灰度图像到 白色平板并由相机采集,计算得到系 统内各光通道的非线性响应参数,以及投影纯色彩色条纹到白色平板计算得到各通道间串扰 系数,通过构 建的误差模型,同时补偿了非线性和串扰误差。实验结果表 明,经过误差模型修正后,展开 相位差从1.044 rad 降到0.121 rad,测量误差从0.707 mm减少到0.058 mm。本文提出的补偿模型从系统误差分析出发,可对串 扰和非线性误差同时测量与补偿,有效提高了多光通道结构光三维测量系统的测量精度。     

面向结构光三维测量的相位展开技术综述(特邀)

结构光三维形貌测量方法越来越多地应用于逆向工程、航空航天、生物医学、文物保护等领域。相位展开作为结构光三维测量中的一个关键环节对测量精度、速度和可靠性起着决定性作用。文中综述了相位展开技术的基本原理、国内外研究现状、各类方法的优缺点和未来发展方向。首先根据相位展开计算方法不同，将现有的用于结构光三维形貌测量技术的相位展开技术分为以下四类进行详细的介绍：时间相位展开技术、空间相位展开技术、基于深度学习的相位展开技术和其他相位展开技术；然后详细比较了各种技术的优缺点；最后总结了相位展开技术的特点并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容，研究者们可用于了解各类相位展开技术的原理与进展，进而根据不同方法的特点对比结合应用需求和测量条件选择最有效的相位展开技术，实现三维形貌的精确测量。     

基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正

光学三维测量中的三通道相位测量轮廓术具有高精度、易识别、自动化程度高等优点，在科学研究和工程应用中获得了广泛的关注。在三通道相位测量轮廓术中，投影仪不同通道间的色差成为影响测量精度的关键因素。针对该问题，文中开展了基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正研究。提出了将带有全息投影膜的液晶显示屏(Liquid Crystal Display, LCD)当作相位标靶对投影色差建模与校正的方法。通过LCD显示条纹与投影仪投射条纹的相位，计算投影仪色差并建立其数学模型。然后通过预补偿的方法实现投影仪三通道投射色差的校正，进行实验验证校正前后对相位测量轮廓术精度的影响。实验结果表明，文中所提方法的校正效果为蓝绿通道的平均色差由0.325 5 pixel校正为0.106 3 pixel，红绿通道的平均色差由0.365 1 pixel校正为0.111 4 pixel。该方法可为三通道相位测量轮廓术提升投影质量。实测台阶的平均误差从0.489 mm减少到0.038 mm。实验结果验证了投影仪色差建模与校正方法的有效性，提升了三通道相位测量轮廓术的整体测量精度。与已有方法相比，可以有效避免相机误差...