采用双三次插值的空间目标偏振成像

为了解决暗弱场景下空间目标与背景对比度过低,无法区分的问题,采用分焦面偏振成像系统分别对室外暗弱场景、室内空间模拟环境进行成像;为了弥补分焦面偏振成像系统图像分辨率下降的缺点,采用双三次插值算法进行上采样。通过分焦面偏振相机的一次曝光便可获得4个不同偏振角度下的光强图,进而解算出偏振度图像和偏振角图像,并与传统的光强图像进行对比;利用双三次插值算法对4幅光强图进行上采样提高图像分辨率,然后再解算出偏振度图像,与未通过上采样获得的偏振度图像进行对比。实验结果表明,偏振成像较之传统的光强成像,目标的对比度获得了提高,边缘信息、纹理信息得到了更好的展现,偏振度图像与光强图像相比,与对比度有关的EME指标至少提高了17%,双三次插值算法提高了成像分辨率。应用双三次插值算法的分焦面偏振成像系统,对暗弱场景下的空间目标的识别具有潜在的应用价值。     

光栅发讯器莫尔条纹光强分布及位移——光强关系

<正> 光栅发讯器莫尔条纹光强分布及位移—光强关系,在很大程度上决定了光电转换器件输出信号的幅度,波形及信号调制度等重要性质。本文推导了莫尔条纹光强分布及位移—光强关系的普遍表达式,并分别对光闸式,游标式及横向莫尔条纹进行了讨论。从光强表达式引出的莫尔条纹几何参数与文献(1)完全一致,从而把莫尔光强分布与几何计算统一起来。本文只讨论振幅光栅,光栅具有较长的空间周期与不变的空间频率,由平行的均匀的非相干光垂直入射,光栅组间无间隙或具有小间隙,光电器件直接接收从光栏出射的莫尔光强。     

基于莫尔条纹测量扭转变形角的方案研究

为了精确检测大型光电测量设备之间的三维变形,提出了基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量的一种高精度光学测角方法。采用平行光管模拟设备,通过微调机械结构调节平行光管的扭转角来模拟三维物体的扭转变形,在独立的地基平台上进行测量实验。通过实验比较不同的设计方案,采用使CCD靶面在平行光管内像面处安装固定的实验方案;并采用滤波细化等图像处理方法对采集的莫尔条纹进行处理得到条纹宽度,进而根据条纹宽度变化通过数学模型计算出扭转变形量。实验结果表明,当微调机构使平行光管在±7'的视场范围内旋转时,该方案可以得到较为清晰的莫尔条纹图像,经过算法处理后,当莫尔条纹宽度在1615~1712 范围内时,扭转角的测量精度为4.3"(3 )。该方法满足了设备间扭转角高精度测量的要求,为提高光电测量设备的测量精度奠定了基础。     

环栅图像的数字莫尔条纹扫描定中方法

提出了数字环栅莫尔条纹扫描方法.该方法不是用实物环光栅与无衍射光的光斑重叠产生环形莫尔条纹.而是先用CCD摄像机将光斑摄入计算机,再与一基本同心的数字环光栅重叠产生环形莫尔条纹.改变该数字光栅的相位,可实现莫尔条纹扫描,用多幅扫描图像可算出光斑图像整体中心.由于利用了整幅图像的数据,该法实现了含噪环栅状光斑图像的亚像素级灵敏度定中心.统计模拟实验证明,它具有良好的抗干扰能力.并介绍了该方法在空间直线度测量方面的应用实验.     

同心圆光栅二自由度误差测量系统

提出了一种基于同心圆光栅莫尔条纹图象处理的超精密二自由度误差测量(TDFM)方法,介绍了该测量方法的基本原理,包括同心圆光栅莫尔条纹产生机理、三光栅光学系统原理、影像光学原理以及CCD莫尔条纹图象处理的方法.通过实验对实际测量系统进行了分析与标定,并将测量结果与双频激光干涉仪进行了比较.结果表明该测量方法可实现超精密二自由度的误差在线测量及补偿,测量精度优于0.1μm.     

提高光栅莫尔条纹CCD采集质量的噪声处理

为提高CCD采集的光栅莫尔条纹信号质量,采用相关双采样法对CCD采集的莫尔条纹信号进行噪声处理,通过对相关双采样原理进行建模和仿真,验证了此方法在噪声相关程度越大的情况下,对噪声的抑制越好.采用一款内部带有相关双采样电路的AD转换器对CCD输出信号进行采集,使用FPGA产生CCD驱动时序、AD驱动时序和配置时序.使用Verilog HDL语言和Quartus Ⅱ软件进行时序程序编写和仿真,仿真结果表明了设计的正确性,因此相关双采样去噪法可以应用在莫尔条纹的采集系统中以提高莫尔条纹的信号质量.     

光纤干涉仪条纹检测中莫尔条纹净化和对比度改善

本文从理论上分析了Mach-Zehnder干涉仪型光纤传感器中用莫尔条纹法精密测量条纹移动量时所形成的莫尔条纹与一般两光栅所形成的莫尔条纹间的区别,给出了获得无背景干扰的正弦形莫尔条纹的方法及改善莫尔条纹对比度的途径。分析表明,为使莫尔条纹有最佳对比度,干涉仪两臂应取不等光强。实验结果证实了分析的正确性。     

莫尔条纹测量扭转变形角的方案研究

提出了一种基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量扭转角的高精度光学测角方法.为了验证莫尔条纹测量设备间扭转变形精度的有效性,进行了方案设计及实验分析.采用平行光管模拟设备,通过微调机械结构调节平行光管的扭转角来模拟三维物体的扭转变形,在独立的地基平台上进行了方案设计测量实验,并通过实验比较了不同的设计方案.选择的实验方案首先使CCD靶面在平行光管内像面处安装固定,然后采用滤波细化等图像处理方法得到采集到的莫尔条纹的宽度,进而根据条纹宽度变化通过数学模型计算出扭转变形量.实验结果表明,当微调机构使平行光管在±7'的视场内旋转时.该方案可以得到较为清晰的莫尔条纹图像,经过算法处理后,当莫尔条纹宽度为1 615～1 712μm时,扭转角的测量精度为4.3"(3σ).该方法满足了设备间扭转角高精度测量的要求,为提高光电测量设备的测量精度奠定了基础.     

光电编码器LED光源的准直

由于发光二极管(LED)光束的准直度对光电编码器性能影响很大,研究了LED光束的准直特性.分析了光源辐射角对光栅光通量的影响;运用图像旋转理论和频域分析方法,导出了莫尔条纹透光特性函数式,揭示了光源准直度参数对莫尔条纹函数特性的影响.获得了与光束准直度相关的不同透光缝宽度下的莫尔条纹仿真波形,分析了光源准直特性指标对莫尔条纹对比度以及光栅间隙的影响.理论计算结果表明,当透光缝宽度减小5 μm时,莫尔条纹图像的对比度下降17.66%,实验结果与理论仿真波形吻合,表明文中提出的莫尔条纹函数式可为高精度和高可靠性编码器没计和生产提供参考.     

莫尔条纹正交偏差的智能补偿方法

提出了一种新的编码器莫尔条纹正交偏差的补偿方法及实现方式。通过比较分析,采用相关函数分析法测量各精码周期莫尔条纹的正交偏差,并基于系统自身的粗码信息,构造一种智能采样算法,保证莫尔条纹采样均匀性;在工作中对所有精码周期的莫尔条纹实行数字式实时补偿,并可以通过模式间的切换自适应地更新正交偏差补偿参数,持续地保证补偿的精确性,降低编码器在各种恶劣环境下的误码率。实验结果表明,正交偏差10度以内时,补偿后的信号正交性提高了93%以上,保证了编码器测量精度。     

非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差,提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程,根据编码器在不同转速下的实时采样,揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性,采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号,利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式,测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理,两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明,该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号,精确地测量编码器的动态细分误差,为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。     

基于DSP的宽动态范围莫尔条纹计数与精密细分技术

为莫尔条纹的计数与细分提供了一种基于DSP(数字信号处理器)的高速软件解决方案。它能有效的解决传统系统中计数电路与细分功能不能无缝匹配的问题,提高测量的准确性。由于采用了高速信号处理和闪烁采样技术,采用该方案的系统能处理宽动态范围的莫尔条纹信号。提供的实例能对从直流到1MHz的莫尔条纹信号进行计数与细分,对于1μm光学分辨率的光栅测长系统来说,其相应的最高测量速度为1000mm/s,细分步长可以达到nm级。     

莫尔条纹的付里叶分析

本文采用空间频率矢量概念,利用一维付里叶分析方法对两组周期性直条纹结构所产生的莫尔条纹进行了分析,简化了运算,得到了莫尔条纹间隔及方向的计算公式,还利用所得结果计算了Fresnel带板的莫尔条纹,并由实验加以验证。     

荧光成像系统对比度分析与成像仿真

目前荧光成像技术在生物医学领域得到越来越广泛的应用。为了缩短产品设计和开发周期,且能更直观地反映系统的成像效果,根据各模块光谱特性曲线,提出了荧光成像链路模型。利用该模型,对荧光成像系统的对比度进行了分析,验证了滤光片光密度(OD)值的合理范围是在5~7之间。最后以荧光显微镜为例,对系统成像过程进行了仿真。结果表明,各模块不匹配也会对系统对比度产生影响,仿真图像能够直观反映出系统的匹配程度和成像效果,并与实际系统测试结果相吻合,证明了该链路模型仿真的可行性和有效性。     

单像素复振幅成像及实验分析

光场的光强信息和相位信息成像在医学、光学测量、三维成像等领域至关重要。设计了一种无需参考光束即可实现光场复振幅成像的单像素成像系统。该成像系统通过相位型光学掩模对光场信息进行调制，利用无分辨率的光电探测器探测调制后的光强信息，应用phaselift算法恢复光场的光强与相位信息。利用单像素成像系统对衍射光场及透明聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜物体进行了成像实验，从成像结果中可以清晰看到衍射环的光强信息与相位信息。实验中物体薄膜的相位差为0.053，刻线宽度为220 μm，实验得到图像相位差为0.046和刻线宽度为256 μm，与传统检测手段得到的图像信息非常接近。该系统的成像光路无需参考光束，系统简单便于集成，促进了便携式成像系统的发展，可应用于宽光谱成像，在光场复振幅成像方面具有较大发展潜力。     

基于二维单点频柱面成像算法的相位失配问题研究

二维单频柱面成像系统由于受聚焦深度的影响,无法对体目标所有散射点进行准确相位补偿。为了解决有限聚焦深度的问题,提出一种基于图像融合的聚焦增强算法。利用不同补偿柱面的成像结果进行融合处理,最终获得聚焦图像。通过与原始图像比较,结果表明,所提出的方案有效解决了聚焦深度有限造成散射点补偿相位失配而引起的失焦问题。     

光学显微线条纹图像中心线提取

由于接近光学衍射极限,微米尺度线条纹在经过高倍显微镜放大成像后边缘通常都很模糊,加上同轴光源产生的光照不均匀现象,成像质量通常很差。为了有效测量微米尺度线条纹间距,本文提出了一种针对光学显微线条纹图像的中心线提取算法。首先,采用Retinex方法对原图像进行增强,以克服由光照不均匀所造成的无法准确分割的问题。接着,使用Ostu最佳阈值对图像进行二值分割。然后,针对分割后条纹边缘含有大量毛刺和凹陷的现象,使用基于快速步进算法的边缘塌陷法对中心线进行准确提取。最后,对提取中心线进行了最小二乘拟合。实验结果表明:本文提出的方法可以有效实现微米尺度线条纹光学显微图像中心线的准确提取。使用本方法对标准宽度线条纹间距进行实测的最大测量偏差小于2%。     

基于莫尔条纹法的船体扭转角测量技术研究

提出用双光栅产生的莫尔条纹测量船体扭转角,对此方法进行实验验证.船体用焦距为550 mm的平行光管模拟,设计微调旋转机构使平行光管产生小角度转动,模拟船体扭转角的产生;两光栅分别安置于两平行光管焦面上,光管相对扭转引起莫尔条纹变化,根据测量原理通过图像的变化求得船体扭转角测量值.给出实验设备布置方案、实验操作原理、实验数据处理的基本思想,及提高数据处理精度的关键问题.对不同的条纹初始宽度做了对比实验,处理结果表明当莫尔条纹越细时.测量精度越低;当莫尔条纹越宽时,测量精度越高,本实验允许的条件下,扭转角最高测量精度达到1.2".     

光学拼接成像系统

在许多应用场合成像系统的视场往往取决于图像传感器的分辨率,比如在遥感成像系统中。采用多片图像传感器进行机械拼接可以提高图像传感器的分辨率从而扩大成像系统的视场,然而图像传感器的拼接面临技术难成本高的缺点。设计了一种能够实现扩大视场的光学拼接成像系统。该系统的基本思路就是将像面分割成若干部分,这些子像面的位置彼此之间是分离的,因此成像器件安放的位置也不会冲突。该系统采用了金字塔式的分光棱镜来实现分割像面的目的,分光棱镜置于传统的成像系统靠近像面的位置。分光棱镜会造成中心视场有一定的渐晕现象,为了消除渐晕并保证图像具有高的信噪比,4个图像传感器所接收的子图像彼此之间具有一定的重叠,可以相互补偿。4个子图像经过软件拼接可以得到完整的无缝的大图像,与传统的成像系统相比,该系统视场扩大率约小于2×2倍。     

高性能分离式远程EMCCD成像系统研制

论述了基于一种1 024×1 024像素EMCCD图像传感器CCD201的高性能分离式远程成像系统设计方法。采用光纤通信技术,系统分为成像端与控制端,使系统可用于远程监测场合。利用CPLD器件产生CCD逻辑时序及视频同步处理控制时序,采用集成器件与分立器件相结合的方式实现EMCCD垂直驱动时序,获得视频信号;使用带有CDS功能的16位模数转换器对CCD视频信号进行数字化;数字化图像经由光纤发送到远程控制采集端。采用全双工通信,实现电子增益、放大倍数、温度等参数的远程控制。文中详细介绍了驱动电路、视频处理电路、数据远程交互单元与控制采集单元等关键组成部分的技术实现方法。设计的成像系统采用USB方式进行数据实时采集,能够连续获取16位数字图像数据,光动态范围大于70 d B,增益倍数最高能够大于0.1e-/ADU,控温精度达到±0.5℃。设计方法可应用于类似CCD成像系统的设计中,并使系统能够在微光成像及辐射场诊断中应用。