CCD摄像法测量激光远场光斑中图像校正和能量修正算法研究

介绍了CCD摄像法测量激光远场光斑的工作原理。依据CCD摄像机拍摄激光远场光斑的倾斜角度,在处理算法中利用透视投影原理,将采集光斑的畸变图像进行了校正;针对CCD摄像法摄取的漫反射激光光斑图像,构建了朗伯漫反射模型,利用朗伯修正算法将漫反射激光光斑的能量密度修正到直射激光光斑的能量密度,推导出了具体的修正计算公式。通过实际应用,验证了该算法在激光远场光斑测量中的有效性。     

CCD摄像法采集激光光斑图像方法研究

为了测量大尺寸激光光斑图像,对CCD摄像法采集漫反射的激光光斑图像方法进行了研究。采用CCD摄像机捕获经漫反板反射的激光光斑图像,光斑图像进行去背景处理后,根据系统噪声特性对光斑图像进行提取,再利用透视投影原理对畸变的光斑图像进行了校正,最后根据人眼对彩色图像敏感的特性,利用灰度级一彩色变换法对光斑图像进行了伪彩色处理。结果表明,CCD漫反射法能够准确地测量大尺寸激光光斑图像。     

基于小波能量和光斑尺寸的干扰图像尺度分析

介绍了激光干扰对CCD成像系统的影响,从影响光电成像系统目标检测性能的角度阐述了激光干扰图像与背景杂波的相似性.针对激光干扰图像的频率特性,利用小波分析在图像处理中的优势,结合机器视觉中背景杂波的量化尺度,提出了基于小波能量和光斑尺寸的综合图像尺度.对典型激光干扰图像的小波分析显示,随着激光干扰功率的增大,干扰图像中的低频分量和高频分量会同时增加,图像中的光斑可被看作是低频分量,光斑周围“斑驳状”的散斑是高频分量,类似于盐噪音.激光视场内干扰实验及数值计算表明:激光干扰会降低Otsu算法分割准确度,增加相关检测虚警概率,该尺度将干扰图像的高频分量和低频分量结合起来,同时克服了单一光斑尺度和小波能量尺度的局限性,能够较好地评估视场内激光干扰CCD成像系统的效果.     

激光位移传感器传感探头微小型光学系统设计

光斑质量直接影响激光位移传感器测量的精度。为了提高激光位移传感器传感探头光学系统的成像质量,设计了传感探头四片式微小型光学系统。本文在理想成像基础上,分析光束在光学系统中能量传递的变化规律,对比光电探测器的感光能力,利用光学设计软件(ZEMAX)实现了激光位移传感器传感探头微小型光学系统的设计。通过理论计算分析,严格控制传感探头孔径光阑的大小,对光学系统进行优化处理,成像最大弥散斑半径低于3. 3μm,空间分辨率120lp/mm以下的传递函数MTF(Modulation Transfer Function)值大于0. 5,光线扇形图的最大像差小于5μm,畸变量低于0. 1859%。该光学系统具有良好的成像效果,可以满足激光位移传感器探测系统对成像系统成像光斑质量的要求,以保证传感器的测量精确度优于5μm。     

光纤扫描式激光光斑测量仪

 设计并开发了光纤扫描式激光光斑测量仪。光纤探头采用逐行扫描的方式对激光光斑进行扫描,采集的光信号经能量转换、数据采集,最终传输到电脑,再由软件绘制出光斑图像。针对于大口径、脉冲激光光斑的测量提出了一种快速扫描的方案,并在此基础上计算分析了仪器的测量精度和测量时间这两个重要参数。与CCD摄像法进行了对比实验研究,结果表明：相对于CCD摄像法会受到接收屏的散射及成像系统误差带来的影响;此设备采用直接测量的手段,能够更加准确地获得光斑的实际尺寸以及光斑能量的空间分布。应用该仪器成功地进行了聚焦光束传输质量的测量。     

光电系统光轴平行性检测方法研究

对目前常用的多光谱多传感器融合光电系统光轴一致性的几种检测方法进行了分析、研究和比较,提出了一种实用新方法.该方法主要利用上转换板将红外波段的激光转换为CCD可探测到的可见光波段的红光并对光斑进行延时,使普通CCD能够很容易地探测到单、低频窄脉冲激光的光斑,在经进一步处理后,即可检测到发射出的激光光斑的形心、质心、尺寸等参数,以及激光光轴与光学观瞄装置光轴的平行性.     

散射成像法测量激光强度分布中的光斑畸变校正

在利用散射成像法测量激光强度分布中,CCD像面与散射屏平面存在较大角度时,光斑形状和强度分布都会产生严重畸变,给强度分布测量带来较大影响。分析了畸变产生的原因,给出了畸变坐标和理想坐标的数学模型,提出一种结合CCD像素合并的网格法来校正这种畸变。"网格法"利用自制标准网格成像,通过识别网格像边界来确定标准网格和畸变网格的对应关系,利用此对应关系在输出图像时恢复光斑;利用均匀光源成像来校正系统光强分布畸变。结果表明,该方法能够较好地校正光斑的形状畸变;能够实时恢复光斑的真实光强分布,单元强度畸变恢复误差小于1%。该校正方法在激光强度分布散射成像测量中非常实用。     

机车轮对轴颈高精度动态检测技术的研究

通过对线阵CCD成像系统的研究,提出了机车轮对轴颈磨损的CCD成像拼接动态检测方法,分析了该方法的可行性.讨论了斜光束照射、背景光强变化等因素,这些因素降低了系统的测量精度.最后通过实验系统证明了该方法的可靠性.     

CCD成像辅助激光散斑实验

激光照射到粗糙物体的表面上在空间随机相干叠加形成散斑.激光散斑随物体在自身平面内作同步运动,这一现象可用来测量物体的微小位移.利用氦氖激光器作为光源,结合CCD成像技术辅助采集散斑图像,采用计算机程序处理图像,验证了散斑位移理论,并指出CCD成像辅助的激光散斑教学中应注意的问题.     

光束指向稳定性高精度检测方法研究北大核心CSCD

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。     

A method for measuring the thickness of transparent oil film on water surface using laser trigonometry

We present a method for measurement of thickness of transparent oil film on water surface based on laser trigonometry. With an oblique incident mode of single-point laser triangulation ranging system, laser light is incident on the upper and lower surfaces of the oil film being measured and an ellipse light spot is formed on the upper and lower surfaces of the oil film. The two light spots are imaged on an image plane CCD by an imaging lens and the image spot is formed and stored in a computer. The thickness of oil film being measured can be obtained by displacement of the image spot and the configuration parameter of the imaging system. The experiment is conducted using edible peanut oil and diesel oil. The research results show that the method presented in this paper is feasible and applicable to dynamic on-line measurement of oil film thickness of oil spill on sea surface.     

轮对轮缘磨耗的光电图像检测方法

提出用光电图像方法非接触检测车辆轮对的轮缘磨耗。用高精度激光位移传感器实现轮缘内侧面的定位,用激光线光源和高分辨率CCD探测器获取轮缘轮廓,通过与光源波长相匹配的窄带滤波片减少背景光干扰,再结合数字图像处理技术获得轮缘厚度、轮缘高度、垂直磨耗等轮缘磨耗参数。现场使用表明,该方法重复性较好,测量精度和稳定性可满足车辆段修现场的自动检测要求。     

基于CCD的电玩具中LD和LED光斑尺寸测量

根据高斯光束的传输特性,搭建了一套测量电玩具中LD和LED光束质量和光斑尺寸的测量系统。该系统以CCD作为光斑采集的关键设备,利用自行编写的软件同步控制CCD和数控位移平台,采集LD和LED所发出光束在不同位置的光强分布图样。利用二阶矩计算光束的束宽,并由双曲线拟合得到光束轮廓曲线,计算出光束的M2因子,进而推算出LD和LED光束任一位置的光斑尺寸,实现对电玩具中LD和LED发光光斑尺寸的精确测量。     

车辆轮对踏面缺陷的光电检测方法研究

铁路车辆轮对踏面的擦伤与剥离是车辆在运行过程中形成的一种常见的不规则表面缺陷,是轮对检修过程中必须检测的一个项目。提出了一种利用光电技术非接触测量此表面缺陷的方法。该方法在轮对旋转条件下,用精密激光位移传感器对踏面进行快速扫描,采集值经处理后被转换为数字图像,再通过图像处理识别是否存在表面缺陷。必要时通过对缺陷部位的往复扫描,更准确识别出擦伤与剥离是否超出段修限度。该方法可有效检测出踏面缺陷,重复性好,可满足车辆段修现场使用要求。     

基于多DSP的车轮外形磨耗动态检测系统

针对矿井绞车车轮外形磨耗动态检测问题,构建了由线状光源、CCD、多DSP图像处理子系统等组成的系统.对于车轮磨耗图像的获得和外形曲线的提取,重点阐述了多DSP处理系统在绞车车轮外形磨耗实时检测中的设计问题.车轮外形的提取采用了一种梯度边缘检测算法来实现,并给出了磨耗值计算的变换矩阵.初步试验表明该系统的检测误差不大于0.3 mm.     

利用激光三角测距法提高三维面型检测精度的方法

本文首先介绍了根据激光三角测距原理并采用片光照明、面阵ＣＣＤ接收的三维面形检测原理，其优点在于物面相对于测量头仅需一个方向移动即可完成二维扫描，使测量系统结构简单、便于控制。其次分析了影响其测量精度的几个主要因素，即散斑噪声、接收器件本身的分辨率、投影片光束的宽度与稳定性。散斑噪声造成了投影光斑的抖动，ＣＣＤ的分辨率限制了测量系统的分辨率，而片光束的质量影响着ＣＣＤ光敏面上像斑的准确定位。针对其各自的特点给出了相应的解决途径。     

CCD位移传感器结构参量计算方法

推导了CCD位移传感器的计算公式,给出了一种位移传感器结构参量的数值逼近计算方法,实验结果表明,利用该方法确定CCD位移传感器的结构参量,可提高测量精度.     

一种提高双CCD图像拼接精度的方法

利用一对光楔间距变化时,通过它的成像光束的像点会产生微小偏移这一特性,在双CCD图像拼接探测器中增加了光楔调整机构,该光楔调整机构包含两对光楔,一对光楔用于CCD水平方向的图像调整;另一对用于垂直方向的图像调整。通过设计、制作,光楔调整机构最终应用于双CCD图像拼接探测器的装调。装调过程显示:加装光楔调整机构对原有光学系统没有任何影响,可以实现精度高于0.001 mm的图像移动量,有效降低了双CCD图像拼接探测器的装调难度,提高了拼接图像质量,降低了生产成本。