高精度测量的相机标定

在高精度尺寸测量系统中,采用传统短焦距定焦光学方法时径向畸变较大,影响测量精度.为提高测量的精度,根据摄像机针孔成像的线性模型和镜头的非线性模型,建立摄像机定焦镜头的对焦数学模型,提出了采用交比不变的标定方法.研究了物体远近的小范围变化对测量结果准确度的影响,修正了标定的像素当量;分析了镜头的几何投影变换关系,标定了镜...     

国内专利

本发明涉及激光衍射测量细微物体和图形尺寸的方法。采用宽带付立叶变换镜头研制的激光测微仪可以测量2～200μm的微小尺寸。本发明根据付立叶镜头的设计要求,为使一般镜头用作副变镜头,提出使镜片按要求弯曲的办法,产生一定的球差来抵消衍射中的非线性偏差。用此方法可作出宽带付立叶变换镜头。用此镜头作成的专用激光测微仪,采用了标准光栅校准的方法,可以对2～200μm的物体进行绝对测量。并采用副瓣对管法可进行动态测量,在2～200μm之间的测量范围内能分辨出0.1％的直径变化。     

基于反射式平行光管法的紫外透镜焦距测试研究

光学透镜是光学仪器中最基本的器件,而焦距又是光学透镜最重要的特性参数,如何精确测量透镜的焦距一直以来都是研究重点,然而目前鲜有针对紫外透镜焦距测试的研究。本文结合紫外透镜的特点,对一种基于反射式平行光管的紫外透镜焦距测试方法进行了研究,并以此设计出了一套紫外镜头焦距测量系统,同时选用了不同焦距的紫外镜头进行了实验,最后对系统进行了误差分析。实验结果表明,该测量系统可以对紫外镜头焦距进行高精度测量,25 mm镜头的测量误差为2.041%,100 mm镜头的测量误差为0.934%,验证了测量系统的准确性。     

星敏感器误差模型及参数分析

为分析星敏感器内部各误差因素对其测量精度的影响,建立了星敏感器的理想模型和实际模型;基于几何成像理论,分析了焦距误差、主点偏移、光学镜头畸变、焦平面倾斜以及焦平面绕视轴方向的旋转等误差因素对星光成像矢量测量精度、视场内星间角距测量精度的影响,设计了测量精度评价指标,并通过仿真实验进行了定量分析,论证了不同参数误差、不同观星方位与测量精度的关系,焦距误差、主点偏移和镜头畸变是影响测量精度的主要因素,在使用时必须加以校正。     

红外光谱辐射计镜头视场角测量研究

红外光谱辐射计作为经典的航空发动机红外辐射强度测试仪器,具有光谱分辨率高、测量精度高、响应快、光谱范围广等优点。在使用过程中,红外光谱辐射计需要根据被测目标尺寸及测量距离选择合适的镜头,利用测量的光谱辐射亮度乘以镜头视场的面积,才能得到发动机红外辐射强度。由于加工及装配误差,红外光谱辐射计配套镜头的视场角会偏离其出厂默认值,导致测试偏差。设计了一种红外光谱辐射计镜头视场角测量方法,制作了测量装置,并测量了VSR-3型红外光谱辐射计的标准镜头的视场角。测量结果表明：镜头有效视场角与出厂默认角度存在4%的偏差。通过修正该偏差,能够提高航空发动机红外辐射强度测量精度。     

航空相机光学镜头被动消热一体化设计与验证分析

航空相机的使用环境温度变化范围较大,温度的变化会在相机光学镜头中产生温度梯度,影响相机成像质量。为保证相机光学系统的成像质量,需要对镜头在一定温度范围内进行消热设计。运用ZEMAX光学设计软件对某航空相机光学系统进行了热分析,并根据分析结果运用ANSYS软件实现了多片式、大视场角光学镜头被动式消热光机一体化设计,通过镜头内部补偿环节沿轴向的微位移改变镜间距,实现对光学系统不同温度下像质的补偿。同时,研制消热补偿试验件,采用一种高精度光学非接触式在线直接检测微位移的方法,精度达到±1 μm,完成了消热补偿试验件微位移测试。结果表明:不同温度下的微位移量与分析数据一致,最后通过对采用该消热一体化设计的实际航空镜头在不同温度下的像质检测,验证了该设计的有效性,镜头在各温况下性能良好。     

彩色分析仪校准系统的研制

本文在阐述彩色测量理论的基础上,介绍了彩色分析仪校准系统的组成,分析了各部分的工作原理。重点描述了软件设计及光学成像镜头的设计原理。     

低温红外镜头设计仿真方法及试验验证

在低温环境下镜头结构会产生热变形,对镜头光学传递函数（MTF）及离焦量均会产生影响,从而影响光学成像质量。在此基于某红外遥感器,针对210 K低温工作环境,设计了一套具备热卸载功能的透射式低温镜头。对其建立有限元模型,并加载模拟在轨工作环境温度场,得到热变形数据,最终计算出镜头MTF及离焦量变化,并通过该仿真分析手段对低温镜头结构进行优化设计。低温镜头装调完成后,将低温镜头及其他配合测试设备置于真空罐内,在常温与低温环境条件下,对光学系统MTF及最佳焦面位置进行测试标定。测试结果表明,各项偏差在可接受范围之内,MTF仅变化0.2%,说明使用的低温镜头多场耦合仿真方法是可靠的,能够对红外遥感器低温镜头设计进行指导。     

卫星镜头结构光纤光栅温度传感器研究

为了解决卫星星敏感器光学镜头结构在轨温度监测问题,提出一种弧形基底封装的光纤光栅温度传感器。分析了星敏镜头结构特征与光纤光栅温度传感原理,采用飞秒激光刻写的光纤光栅作为敏感元件,设计了可贴合于星敏镜头结构特征的弧形封装基底,完成了光纤光栅温度传感器封装,并对传感器进行了拉伸测试、温度标定及温度重复性测试,并已应用于实际工程中。结果表明:弧形封装结构形式的光纤光栅温度传感器线性度可达0.998,温度灵敏度达到8.54 pm/℃,同一温度下中心波长变化量在2 pm以内,且受弧形基底封装结构变形产生的应变影响小。卫星在轨温度监测,光纤光栅传感与电子式传感相差±3 ℃。可以实现星敏镜头结构的温度测量功能,在星敏感器结构在轨温度测温中具有应用前景。     

三片式照相镜头的演化形式及光学性能

三片式结构在照相镜头设计中有着十分广泛的应用.随着光学设计技术的发展,三片式镜头的结构形式也在不断发生变化.全面总结了三片式镜头的演化过程及形成的各种结构形式,分析了各类结构形式的特点,并结合ZEMAX软件分析了镜头的弥散斑、场曲、畸变和光学传递函数等光学性能,给出了选择三片式镜头结构的方法和原则.     

大动态宽幅度自由立体显示背光控制系统

提出并实现一种大动态宽幅度自由立体显示背光控制系统。本系统采用LCD作为基本显示屏幕,以柱镜光栅作为指向性光学部件,以LED阵列作为可寻址背光组件,以步进电机改变栅屏距离,采用Atmega128单片机作为控制处理器,辅以高精度实时人眼跟踪模块与之通信。本系统的大动态体现在观看视角较大且连续,宽幅度体现在可同时满足多个有效观看距离。     

应用微柱透镜的自由立体前投影屏幕设计

介绍了应用微柱透镜阵列的自由立体前投影显示的原理。推导出确定自由立体前投影屏幕中微柱透镜参数的公式,详细给出了一种设计方法。根据此方法设计了一块采用微柱透镜阵列的自由立体前投影屏幕,在Lighttools中对采用此屏幕的投影系统进行仿真模拟,仿真结果显示有5个比较明显的视区,视区间隔比较连续。搭建屏幕和投影系统进行实验验证,实验结果与仿真结果一致,串扰度为7.9%,图像重合度为1.008,在观察面处立体效果显著。实验结果验证了应用微柱透镜阵列的自由立体前投影显示的可行性。与背投影的自由立体显示技术相比,自由立体前投影显示具有装调快、占用空间小、投影距离灵活可调的优点,将是未来大屏幕自由立体显示的一个重要发展方向。     

基于矩形激光光幕的射击精度光电检测系统

提出了一种基于矩形激光光幕的射击精度光电检测系统.矩形激光幕由多个光幕单元拼接形成.准直、扩束后的激光光源通过菲涅尔透镜调整为平行光幕最终会聚至光电光敏二极管,弹丸从光幕任意位置通过时,光电系统都会响应光通量的变化量,并转换为电信号.根据电信号幅度与弹着点之间的函数关系,通过专用处 理软件可对射击精度准确测量.实验结果...     

动态主观散斑的时间相关性研究

根据散射屏移动时动态主观散斑时间相关公式,分析了成像系统主要参数对动态主观散斑时间相关性的影响：一般情况下屏表面参数对散斑的时间相关性影响较小;激光光斑大于成像系统物面分辨斑时,散斑的时间相关性由透镜孔径大小决定;激光光斑小于成像系统物面分辨斑的尺寸时,减小激光光斑尺寸能减弱散斑时间相关性。对于以上结果进行了相关的理论模拟和部分实验验证,通过模拟发现,激光光斑小于成像系统物面分辨斑时,散斑时间相关长度和光斑尺寸大小成正比。结论对于激光投影系统中利用时间平均进行的散斑抑制具有指导意义。     

光纤混色技术在大屏幕激光显示中的应用研究

简要介绍了大屏幕激光显示系统的原理，并且对利用光纤混色和分光镜混色进行了分析对比，详细阐述了光纤混色过程中对光纤的选择、端面处理、耦合条件及透镜的选择，指出光纤混色技术在实际大屏幕激光显示中的应用前景。     

基于双核的视频侦测与跟踪系统硬件设计

设计了一种基于DSP和ARM单片机双核的视频移动侦测与快速跟踪系统,DSP负责视频图像的采集、数据提取与分析处理;ARM负责视频数据历史记录的存储,以及对云台和镜头的实时控制,并且通过触摸屏、LCD及网络接口的扩展,实现了人机交互与网络化监控的管理。DSP和ARM的并行工作解决了视频移动侦测的实时性与跟踪系统的及时性之间的矛盾。     

A line-focus electron beam lens

A lens system has been developed to transform the circular beam from a conventional electron gun into a line-focus beam. The line-focus beam is uniform throughout its projected length on a phosphor screen.     

基于柱透镜光栅的合成图像生成及分辨率损失

根据柱透镜单元光传输原理,提出了一种非均匀宽度视差图条纹及其在合成图像中非均匀排列的方法,该方法可以减少立体图像串扰,增加各个视点接收到的对应视差图的信息量,使观看到的自由立体图像更加清晰。此外,置于LCD屏前的柱透镜光栅条纹方向与屏表面的坐标轴倾斜角度的改变会导致图像在竖直和水平方向分辨率的变化。与光线追迹测量分辨率损失的ASAP软件模拟法不同,本文以解析法分析了光栅条纹倾斜角度对竖直和水平方向分辨率损失的影响,计算结果对柱透镜光栅自由立体显示器的设计有一定的参考性。     

基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究

在LED集成成像裸眼三维显示中,LED大屏幕的单个像素点的发散角很大,使用平凸及双凸透镜,图像的重构光线发散且相邻透镜单元间的像素串扰大,导致立体场景再现的过程中图像不清晰,影响重构三维图像的质量。根据光线追迹原理,分析了LED集成成像的成像过程,研究不同形状透镜阵列与LED集成成像相邻透镜单元间像素点间串扰的关系,仅使用单个凹凸透镜有效地控制了重构光线的发散问题,使通过透镜的重构光线更加汇聚准直,光线平行出射,有效地减小了相邻透镜间的像素串扰,提高了成像质量。通过比较字母模型成像的仿真结果,凹凸透镜非常适用于LED集成成像,成像的效果优于其他形状透镜。     

基于人工神经网的激光三维扫描技术研究

在激光三维测量技术中 ,用摄像机对物体和物体在平面反射镜中的虚像成像 ,用人工神经网技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射 ,无须测定摄像机和激光平面之间的相对位置关系 ,自动修正镜头的几何畸变 ,由单视点序列影像就可获得被测物体表面的三维坐标。结论 :盲区小、方法简单 ,变换关系清晰 ,能获得高质量的测量结果。