高斯光束通过望远镜系统的变换和准直

本文利用光束变换公式分析了高斯光束通过望远镜系统的传播，讨论了最大扩束比问题。推导出了一般情况下的成象方程和物象比例公式并和其它结果作了比较。     

准直光束高斯特征对直写光斑强度的影响

通过建立非理想准直光束残余高斯特征的功率密度模型,阐述了光束准直效果与功率密度的关系,借助光束通光比例系数对直写光斑强度分布影响的分析,以光斑主瓣、旁瓣的强度和宽度为主要特征,讨论了直写光斑强度及强度分布与光束准直效果的变化规律,确定了合理选取激光直写系统中准直扩束比例系数的原则.通过仿真不仅系统阐述了理想准直光束与非理想准直光束所形成的直写光斑形状的差异,还描述了理想准直光束近似计算光斑强度分布时的误差形式,这一结论为激光直写机准直系统设计提供了理论依据.     

基于以太网的自动准直系统研究

自动准直系统是确保高功率激光驱动器高效、安全、可靠运行的重要子系统之一,同时也是保证光束质量的主要手段。通过构建以太局域网并使用高性能的数字网络CCD来完成图像的获取和传输,直接将光束图像转换成数字信号并通过以太网输出,实现了光束近远场图像的网络化处理;引入高斯平滑滤波算法来提高光束近远场图像处理的误差计算精度,同时将模糊算法运用到步进电机调整过程中,使得系统准直时间大幅缩短。通过在神光II第九路装置上进行实验验证,表明系统能在5min之内顺利完成全部调整工作,其近远场图像获取和处理精度均可达1pixel。     

光栅取样远场监测系统精度分析

光束自动准直系统是高功率激光惯性约束聚变装置的重要子系统,激光远场监测技术是光束自动准直系统的关键技术,基于光栅取样的新型远场监测系统可以利用光栅衍射灵活取样激光远场.对影响光栅取样系统远场监测精度的主要因素进行了分析,结果表明,系统误差为小孔直径的7.49%,包括投影误差和斜成像误差;随机误差小于小孔直径的1%,包括物像关系误差和衍射光耦合误差.     

基于偏振复用技术的激光二极管光纤耦合方法

光纤耦合输出的高功率激光二极管(LD)模块作为光纤激光器的抽运源已经得到了广泛应用。为了进一步提高光纤耦合激光二极管输出功率,提出了利用激光二极管输出光束的线偏振特性,采用偏振复用技术,将两只高功率激光二极管输出光束经准直、复合、聚焦的光纤耦合方法。利用光线追迹法,分析了圆柱透镜对激光二极管发散光束的准直特性,并讨论了柱透镜的安装距离对准直性能的影响。根据激光二极管和光纤的相关参数设计了聚焦透镜组。采用这种方法将两只输出波长为980 nm的高功率激光二极管输出光束耦合进数值孔径0.22,芯径100μm的多模光纤中,当工作电流为4.5 A时,光纤激光连续输出功率为6.36 W,耦合效率大于78%。     

一种激光二极管像散光束准直整形方法研究

为了准直并整形具有像散的激光二极管光束,采用高斯光束q参量变换规律,推导了利用柱面自聚焦透镜整形激光二极管光束应满足的条件,并在此基础上,通过软件模拟优化,得到了一套效果良好的光束整形准直系统。经过准直整形后光束快慢轴方向发散角基本相等,均小于0.7mrad,束腰位置差异小于2.8mm。结果表明,系统中柱面自聚焦透镜的应用起到了较好的效果,准直整形后的光束具有发散角较小且旋转对称等特点。     

水下激光成像系统准直器的研究

本文利用高斯光束传输特性,在水下激光成像的特定条件下,提出了设计准直器的一种新方法和最优化设计方案,并给出了最优化的流程图。计算了高斯光束通过准直器的象差,并 同步扫描水下激光成像系统准直器的设计实例。     

高功率DPL光束质量研究

为了在高功率DPL中获取高光束质量输出激光，利用扭转模获取高光束质量种籽源的同时，进行了高重复频率下的热致及光致双折射效应的补偿、高功率二极管均匀泵浦聚光腔设计及相位共轭镜用于改善激光系统光束质量等特性研究。最终获得了重复频率40Hz、单脉冲能量大于400mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出。这种方法对高功率激光系统的设计十分有用。     

半导体激光的准直系统设计

本文简单介绍了半导体激光的光学特性;主要阐述了轴向尺寸受限半导体激光准直系统的设计方法和椭圆光束的整圆方法。     

激光聚变装置光束自动准直系统的研究进展

光束自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置，研究了光束自动准直的原理和关键技术，介绍了国外光束自动准直系统的发展状况，展望了高功率激光装置自动准直系统的未来发展趋势。     

用粒子群算法设计非球面准直透镜的方法

提出了一种用于LED准直照明的非球面透镜设计方法,该方法产生于对非球面几何光学特性分析和粒子群优化算法优越的寻优能力。用该方法设计了一个基于点光源准直的出光口径30 mm的非球面透镜,为了证明准直透镜的准直效果,用光线追迹方法模拟了准直透镜对于点光源的准直过程。模拟结果显示,点光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为0.004 60,0.8 mm0.8 mm LED光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为4.91,表明了粒子群算法用于非球面准直透镜设计的可行性和有效性。与现有的设计方法相比,该设计方法意义更直观,实施更简单。     

鱼眼图像的校正算法

基于鱼眼镜头的全方位视觉系统可应用在很多方面,如全视觉监视、机器人导航等。全方位视觉系统的标定和畸变图像的校正是至关重要的两个部分。本文给出了标定鱼眼图像中心和半径的方法,算法简单,易于用软件实现;并通过实验说明它们的有效性;然后用标定得到的参数进行校正。鱼眼成像规律常被用于鱼眼镜头设计。本文推导出校正模型,基于这些校正模型得出了组合校正模型,并通过实例验证了这种组合校正模型的正确性和有效性。     

基于光栅投射的机器人导航视觉传感器研究

为了实现暗环境下移动机器人导航中障碍物的检测与运动机器人的定位,采用了一种组合式光栅投射立体视觉传感器研究方法,首先通过光栅投射和立体视觉相融合的方法,建立光栅投射立体视觉传感器几何和数学模型,然后利用空间设备位置约束原理和投影平面相交的方法,进行了机器人视场内空间物体的3维坐标计算,建立了可靠真实的障碍物检测和分析方法,并进行了理论分析和实验验证,取得了距离计算精度0.8mm的数据。结果表明,该方法对于图像计算的精度在亚像素级。该方法有利于目前黑暗环境中机器人无法自主导航难题的突破,为黑暗环境中无全球定位系统支持的机器人导航提供了基础探索。     

自主足球机器人的单目视觉自定位方法

全自主机器人足球系统中，每个自主足球机器人都是一个独立的智能机器人，有自己的决策、通信、视觉和感知、机电控制等子系统，但是系统不具备全局视觉。为了使系统能够了解场上全局信息，足球机器人的自定位是必须解决的关键问题之一。文章介绍了一种在颜色场地信息已经视觉识别的前提下，通过单目视觉测距，实现全自主足球机器人自定位的几何方法：对摄像机CCD像面的量化、镜头的非线性畸变和摄像机定标等可能引起误差的因素进行了分析．实验结果表明方法可行。     

Multi‐robot Mapping Using Omnidirectional‐Vision SLAM Based on Fisheye Images

This paper proposes a global mapping algorithm for multiple robots from an omnidirectional‐vision simultaneous localization and mapping (SLAM) approach based on an object extraction method using Lucas–Kanade optical flow motion detection and images obtained through fisheye lenses mounted on robots. The multi‐robot mapping algorithm draws a global map by using map data obtained from all of the individual robots. Global mapping takes a long time to process because it exchanges map data from individual robots while searching all areas. An omnidirectional image sensor has many advantages for object detection and mapping because it can measure all information around a robot simultaneously. The process calculations of the correction algorithm are improved over existing methods by correcting only the object's feature points. The proposed algorithm has two steps: first, a local map is created based on an omnidirectional‐vision SLAM approach for individual robots. Second, a global map is generated by merging individual maps from multiple robots. The reliability of the proposed mapping algorithm is verified through a comparison of maps based on the proposed algorithm and real maps.     

双半圆柱透镜准直半导体激光光束

柱透镜被广泛运用于准直半导体激光光束,而普通圆柱透镜准直能力并不高,为了克服这一不足,提出一种新的柱透镜结构:双半圆柱透镜(DHCL);基于光线传输理论导出该结构柱透镜准直激光光束的基本公式并给出数值模拟的结果。理论分析和数值模拟均表明:在用于准直半导体激光器输出光束方面,双半圆柱透镜突破了普通圆柱透镜在最佳准直时对透镜材料折射率的限制,提高了结构设计和材料选择的灵活性;特别是在高折射率条件下,双半圆柱透镜对光束的准直能力远远超过了普通圆柱透镜。理论上可以将半导体激光光束快轴方向发散角压缩到0.1 mrad的量级。     

基于TIR结构LED准直透镜的设计与实现

介绍了一种LED自由曲面准直透镜的设计方法,并运用该方法设计了一款基于全内反射,结构的准直透镜。对初始结构不断进行逼近,最终得到准直透镜的模型。透镜外径为35 mm,总高为21.5 mm。透镜匹配Cree公司XPE光源进行计算机模拟,效率高达84.8%,K值高达125.8 cd/lm。模拟应用于35 W的探照灯时,在100 m远处形成一个直径为8 m的圆形光斑,光斑中心照度高达60 lux。透镜实际样品被制作出后,经过测试,实际透镜的光束角为3.2°。此款透镜被用于实际探照灯灯具中。     

Spectrum Illumination for 3-D Surface Imaging System

A method using spectrum illumination to reconstruct 3-D object image is a new concept in the field of computer vision. The design of optical illumination system is crucial in this method. Several ways to achieve multi-color spectrum illumination are discussed. A prism illumination system is designed by means of aligning symmetrically the prism at the mid-wavelength (n d=1.806 274) of light path and using reflection collimating lens, cylindrical expending lens and two optical shutters. The relations between deviation angles and light wavelengths are given, and some 3-D reconstruction results are presented.     

Spectrum Illumination for 3— Surface Imaging System

A method using spectrum illumination to reconstruct 3-D bject image is a new concept in the field of computer vision.The design of optical illumination system is crucial this method.Several ways to achieve multicolor spectrum illumination are discussed.A prism illumination system is designed by means of aligning symmetrically the prism at the mid-wavelength(nd=1.806 274)of light path and using reflection collimating lens,cylindrical expending lens and two optical shutters.The relations between deviation angles and light wavelengths are given,and some 3-D reconstruction results are presented.     

自主机器人视觉与行为模型及避障研究

主动的障碍物探测与避障行为控制一直是自主机器人的重点研究课题.在以往的研究中,机器人的视觉系统与电动机驱动系统往往是各自独立的构成控制体系,人们很少关注它们之间的关系,这样就从本质上割裂了两者之间的紧密耦合关系,减少了获取更多信息的途径.本文主要研究如何建立机器人视觉与电动机驱动系统关系的视觉与行为模型,通过这种紧密的耦合关系为机器人运动提供更丰富的信息来源.此外,在该模型的基础上引入了强化学习,引导机器人进行动态避障.实验表明该方法是可靠的,能够满足实时性要求.