激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法

人眼对不同灰度级的分辨能力非常有限,但对色彩却相当敏感,能区分有不同亮度、色度和饱和度的成千上万种颜色。根据人眼视觉的这个特点,提出了一种激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法。该方法利用伪彩色技术将激光光斑的256级灰度图像变换为连续变化的伪彩色图像,通过空间灰度插值运算将离散的图像数据生成光斑的彩色三维模型,实现激光光斑能量分布结构的三维可视化,以反映光斑不同区域能量分布的相对大小和位置,并可以通过3D坐标变换进一步方便人们从各个角度观察激光的能量分布。这为光束质量的评判提供了重要依据。     

具有自动增益调整功能的光斑实时检测技术

针对空间激光通信中精跟踪光斑检测的特点与要求,本文提出使用自动增益调整的方法来克服光强饱和效应.该方法根据空间激光光斑变化原理与特点,采用DSP器件作为核心处理器,完成光斑中位置计算、平滑滤波等功能.实验结果表明本系统不但能够实时输出光斑脱靶量,而且还能够根据不同的输入光功率,自动调整系统增益,从而克服由于光强饱和而造成的光斑检测失效:通过实际测量四象限探测器的转移特性曲线,表明本系统可以实现高精度光斑检测,角度分辨率为10.1 pμrad,经数字滤波后器件细分能力提高1倍.同时该系统可以通过外部配置调整滤波器阶数、正交补偿角等内部参数.     

利用二次成像法实现外场激光光斑测量

本文介绍了二次成象法测量光斑的原理,对外场测量光斑的方法.试验结果证明二次成象法巧妙地结合了两种成像器件的优点,既提高了测量系统对激光的响应灵敏度,又可利用异步CCD有效抑制太阳背景,增加系统的作用距离.该方法是解决外场激光光斑测量的一种有效手段.     

一种基于空间对比度的光斑自动定位新方法

针对具有回射特性的合作目标在图像上所呈光斑的外接矩形区域总是图像中对比度较强的区域这一特性,本文提出了一种全新的基于空间对比度的光斑自动定位方法.鉴于空间对比度作为一种归一化的显著度度量可用于描述人眼对局部图像对比度的感知程度,新方法采用空间对比度作为待识别光斑外接矩形区域的基本特征对其进行定位,通过设定显著阈值及非显著阈值作为提取光斑外接矩形的条件,在计算得到光斑区域的灰度重心的基础上确定光斑的亚像素形心.数字仿真实验结果证明本文方法在各种噪声情况下均能够得到较好的光斑形心提取效果,可以达到与传统相关法相当的精度水平.实物仿真试验表明,由本文方法得到的光斑图像坐标进行双目像机交会计算得到的光斑三维位置的精度较高,且不受光斑位置突变的影响,从拍摄图像到计算得到光斑三维位置整个过程的数据输出率为15～20 Hz,可以稳定得到高精度的结果.与传统的检测方法相比,本文算法概念新颖,易于实现,能够在满足精度要求的基础上同时满足实时性要求,具有较高的工程应用价值.     

激光无线电能传输系统对准环节设计

激光对准是激光无线电能传输系统中接收端获得稳定能源的前提，激光传能对对准精度、稳定性和实时性提出了较高的要求，因此，提出了一种激光对准系统设计方法，并对感兴趣区域提取以及图像预处理方法进行了优化改进：一方面，通过引入MobileNet、增加空间注意力机制以及融合语义的方式改进SSD (single shot multi-Box detector)模型，使用改进模型训练并预测感兴趣区域，相较于原始模型，训练速度提升了71.67%，模型大小减小了52.48%，实时检测速度提升了295.30%，检测偏差显著减小；另一方面，对灰度化的权值进行了优化，并利用直方图实现阈值的自适应选取，采用椭圆拟合法及形心法检测光斑与信标中心点，优化图像处理方法能够有效提取光斑，减小光斑定位的误差。实验结果表明，改进的激光对准系统精度稳定在95%以上，能够满足实际应用中精度、速度与稳定性的要求。     

数字摄像法测量激光近场光斑照度

激光打在漫反射屏上形成直径几厘米的近场光斑,人工使用照度计能直接测量光斑照度,但容易造成误差.本文通过数字摄像法得到相机拍摄的光斑图像的灰度,在Tsai模型基础上考虑漫反射率和相机离轴角的影响,建立了光斑照度映射与图像灰度的数学模型,由图像中的灰度能计算得到漫反射屏上光斑的照度.该方法简单、准确.通过实验和数据分析结果表明:光斑上不同位置目标点的照度映射后和图像对应像元灰度的关系符合CCD响应度的线性关系,从而为研究漫反射屏上照度测量方法提供了新的参考.     

一种光斑图像中心的亚像素提取方法

针对空间发光点所成光斑图像中心的高精度提取问题,本文提出一种亚像素提取方法.该方法建立了具有高斯能量分布的空间发光点的透视投影光斑图像灰度分布数学模型,证明了空间发光点能量中心的透视投影不变性.通过对光斑图像二阶方向导数和自相关函数的分析,获得Hessian矩阵并推导出像素级光斑图像中心的判定条件,再将图像灰度分布函数在光斑图像像素级中心的亚像素邻域内泰勒展开,并求取光斑图像灰度分布曲面的局部极大值点作为亚像素级光斑图像的中心点.与现有经典方法的对比仿真实验结果表明,该算法具有更高精度和更好的鲁棒生,可广泛应用于视觉检测的摄像机标定、三维形貌测量等任务中(类)光斑中心的高精度提取.     

利用图像拼接实现微结构的大视场测量

为实现基于图像的飞秒激光烧蚀硅晶片光斑阵列的完整测量,对采集的多幅光斑阵列图像拼接,得到完整的飞秒激光烧蚀光斑阵列图像。首先,对飞秒激光烧蚀光斑图像进行增强处理,对光斑进行方形拟合提取中心点,获取每两个中心点间的像素值,运用线纹对微视觉测量系统标定,获得像素尺寸与几何尺寸之间的比例系数,根据比例系数对像素尺寸与几何尺寸进行换算,得到对光斑阵列的视觉测量值;最后,用拼接后的光斑阵列进行图像测量,得到测量尺寸与实际尺寸间的误差平均值为3.00%。经实验验证,利用图像拼接对微视觉系统大视场微结构进行图像测量是可行的。     

远距离激光光斑定位中的光晕抖动抑制算法

在机械工程等领域,大型桁架等空间结构的空间定位需求十分普遍。激光光斑定位通过激光光源对反射标志补光,工业相机获取反射回来的激光光斑。算法采用Canny算子获取光斑边缘,最小二乘圆拟合得到拟合光斑圆心位置实现定位。在远距离光斑定位中,激光光斑边缘容易出现光晕抖动的现象。为抑制光晕抖动误差,提高系统测量精度,该文提出基于时序滤波和二次拟合的两种光晕抑制抖动的算法,分别基于对时序测量值进行平滑滤波的思想和剔除误差较大的噪声点后再次拟合的思想来消除光晕抖动对系统测量的影响,最后结合测量距离12.36 m的反射靶标的光斑定位实验进行分析对比,最终二者将重复性误差界上、下限分别优化到±0.22pixel和±0.26pixel,能有效抑制光晕抖动产生的测量重复性误差。     

基于轮轨相对横移的轨距检测方法研究

针对传统轨距检测方法设备复杂、安装要求高和数据计算量大的问题,设计了一种基于轮轨相对横移的轨距检测系统。该系统首先使用两组激光源与相机组合分别采集左右两边轨头内侧激光光斑图像,然后根据钢轨边缘特点使用Hough检测与透视变换将其矫正为同一采集距离正视视角图像,接着对比基准时刻图像计算激光光斑中心点垂向位移变化量并通过其与轮对横向相对位移的几何关系分别计算两侧轮轨相对横移变化量,最后由两者差值得到相对初始时刻轨距变化量实现轨距的间接检测。实验结果表明,该轨距检测方法硬件结构简单,数据计算量小且检测精度较高,可实现轨距参数的非接触式检测。     

准分子激光治疗设备光斑能量密度的可视化分析

提出用于光斑能量密度可视化分析的方法,先通过对准分子激光光斑图像进行预处理,再对光斑波面采用泽尼克多项式进行波前拟合和重构,并利用伪彩色技术将激光光斑的256级灰度图像变换为连续变化的伪彩色图像,通过空间灰度插值运算将离散的图像数据生成光斑的彩色三维模型,实现激光光斑能量分布结构的三维可视化,反映了光斑不同区域能量分布的相对大小和位置,为准分子激光治疗设备质量评判提供重要依据。     

基于阈值增量的动态眩光测量方法

通过分析阈值增量的评价标准得到影响其变化的基础分量为亮度信息和位置信息,提出了一种基于阈值增量的动态眩光测量方法,建立了实验测量系统.该系统利用图像采集器获取环境图像信息,通过图像亮度标定与双目摄像机的视觉特性分别获取图像亮度信息和三维坐标信息,实现对单帧图像阈值增量的计算,最后依据系统运算时间估算出系统的检测频率,并...     

非接触式圆心快速提取技术

针对几何公差检测自动快速的工业需求和现有基于接触式测量方法的缺陷,本文提出一种非接触式圆心快速提取方法.针对轴类零件,采用两个激光三角法位移传感器,建立了圆心提取数学模型.提出一种基于三坐标测量机的标定方法,并确定了最佳的标定数据选取方式.搭建了激光三角法位移传感器测量实验装置并进行了实验验证,经与三坐标测量机比对,采用测量精度10μm的传感器,可保证圆心要素提取精度在30μm以内.由于采用非接触式测量,整个测量系统更加安全,易于实现自动化操控,可提高检测效率.     

半光斑成像式多功能激光瞄准测头的研究

运用半光斑成像原理设计了一种用于三坐标测量机的多功能激光瞄准测头。详细介绍了测头的光学系统工作原理和设计思路,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并进行了多功能测头的重复性瞄准测量、灵敏度测量、倾角跟踪实验。实验结果表明,该测头重复性瞄准测量不确定度优于1 μm,测量灵敏度可达30 mV/μm,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可达25°,能满足三坐标测量机的使用要求。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合三坐标测量机或者其它测长仪器,能够实现对自由曲面进行快速精确瞄准及轮廓图像瞄准测量,具有广泛的应用前景和实用价值。     

基于线阵CCD的曲面孔系位置精密测量系统

用线阵CCD扫描获取圆孔图像,通过图像识别确定圆心,实现孔系位置精密测量。以所提出的识别弦端点确定图像圆心坐标的算法,对500根弦的中点坐标进行滤波处理,可使识别误差接近图像像素距离。采用边缘慢、中部快的变速扫描方案,密化了有效采样点,使圆心坐标在X,Y方向的重复度均小于4μm。     

异步触发CCD摄像机电子快门的预测方法和实现

用激光回波脉冲控制电子快门来操纵摄像机的曝光时间，是抑制背景噪声的一种有效方法。提出了异步触发摄像机电子快门的预测方法，并将它应用在激光光斑的捕捉和测量中，提高了光斑图像的信噪比。该方法适宜 和于测量经过编码后的远距离激光脉冲光斑，为应用电视摄像机捕捉有规律的瞬态存在的目标提供了一个途径。     

基于局域最大亮度的靶状激光图像边缘检测

针对工程应用中靶状激光图像带有较强噪声干扰和要求图像处理速度快的特点,本文提出基于局域最大亮度的靶状激光图像边缘检测方法.该方法根据靶状激光图像由多个明暗相间的圆环组成的特征,采用一个大小适当的圆形检测模板,让模板沿着亮环按一定规则在一定范围内移动,计算模板内各像素点的亮度和,使亮度和为最大值的模板的中心点为这个区域的边缘点.用最小二乘法将由此方法获得的边缘点拟合定中.用摄像机(640像素×480像素,光靶分辨率为0.0504mm/像素)距光源10m处拍取50幅图像,处理后的定中标准差为0.0237mm.实验和应用结果表明,此方法速度快,精度高且抗噪声性能好.     

热扩散率测量中激光非均匀加热的研究

激光闪光法是测量材料热扩散率的一种瞬态测量方法,是测量速度最快的方法之一,也是目前最受欢迎的方法之一.通过对闪光法测量装置中激光器输出光斑的实时探测,发现大能量下光斑分布的均匀程度明显优于小能量下的分布情况.通过设计实验,验证了光斑的这种分布情况以及激光非均匀加热对热扩散率测量结果确有一定影响.为此,特设计一套光学装置...     

基于限定搜索高斯曲面拟合的星点质心提取算法

星点光斑图像目标识别技术对于空间监视装备和系统至关重要,由于星点图像中光斑成像的特点以及不同背景下图像噪声的干扰,目标光斑的自动识别和定位精度受限。高斯曲面拟合法与密度质心法是使用较为广泛的星点光斑目标定位算法,通过理论分析和实验表明传统方法对星点质心的定位存在一定误差。该文提出一种基于限定区域搜索的星点质心提取算法(LASACE),该算法首先通过中值滤波算法与最大熵阈值分割法对星点图像进行预处理,然后使用高斯曲面拟合算法获得星点光斑的像素分布。最后以星点中心建立目标搜索区域,采用距离强加权质心法提取出目标星点光斑的质心位置。实验结果表明,相较于密度质心法、高斯曲面拟合法和加权质心法,该文所提算法在降低星点光斑质心定位误差的同时提高了抗噪性,能够满足空间卫星的识别需求。     

高抗振性大口径钢管动态直径测量系统

针对目前各大行业对钢管直径在线测量精度的需求,设计提出了一种基于亚像素的双CCD测量钢管直径的系统方法。该系统利用双CCD横向拍摄钢管,利用摄像机标定确定钢管、相机及其他相关设备的相对坐标,以及测量系统的内、外参数,对两相机采集到的图像利用差分法确定大致边缘区域,利用边缘区域亚像素边缘检测方法确定精确钢管边缘。根据得到的坐标值做外接四边形,采用最小二乘法求其内切圆的圆心坐标(即钢管的圆心坐标),最终确定钢管的直径。实验结果表明:本文直径测量方法抗振性能强、精度高,钢管直径的精度误差≤0.2%。利用亚像素方法的钢管直径测量技术,测量精度高,抗振性能强,适用于工业高速在线测量。