光电法测试激光束散角研究

介绍了一种宽光谱高能脉冲激光束散角的测试方法.脉冲激光经过成像光学系统聚焦,在CCD像面上形成光斑图像,利用MATLAB图像处理软件对该光斑图像行分析处理,得到光斑直径值,从而计算求出激光束散角的值.给出了实验装置和工作原理以及在计算机中进行数据处理的方法.实验结果表明,采用该方法可以较为精确测量出微小角度高能脉冲激光束散角的值.     

偏心产生的彗差总和

在制作光学零件及装配光学系统时,其表面及组件定会产生偏心,从而导致像差而使光学系统的像质变坏。同心光系统的像差沿孔径角和视场角分解成级数形式,对此级数进行微分,即可求得由偏心引起的像差。微分时,相应像差降一次幂。因此,偏心引起的像差是偶次像差。对多数光学系统而言,当其表面存在偏心时,具有重要意义的是其中心像点出现彗差〔5〕。对中心像点二级彗差的研究详见参考资料〔2〕。该像差类似同心光学系统的三级     

CO2激光光束在直流TIG电弧中传输形态研究

使用光束光斑质量诊断仪检测了CO2激光垂直穿过直流TIG电弧后的光斑半径及传输方向的变化,考察了激光离焦量及作用电弧位置对光斑的影响,计算了光束通过电弧后的偏折角度。结果表明,电弧等离子体的“负透镜效应”使得激光柬在0、＋10mm离焦量下作用电弧中间位置时,测量的光斑比原始光斑半径增大;-10mm离焦量下光斑缩小。电弧的“棱镜”折射,使得光束穿过电弧后有向阴极的微小偏折,计算偏折角度为0．8°。激光束0离焦量,作用电弧阳极附近时,光斑呈椭圆。     

红外脉冲激光测距仪发收光轴一致性测试方法研究

脉冲激光测距中激光发射、接收光轴一致性是其测距性能的保障。针对红外激光测距仪发、收光轴一致性的检测任务,设计了一种基于离轴式大口径平行光管的测量系统。当测量发射光轴时,激光经离轴抛物面反射镜反射后,再经平面反射镜反射汇聚到位于焦平面上的上转换板上,形成可见光光斑,求出光斑中心,以该位置表征激光发射轴;保持焦平面位置不动,将上转换板换下。将自发激光衰减反馈模块的光纤输出端子安装到焦平面定位框上,可以测得脉冲激光测距仪的激光接收轴。计算可得出发、收光轴的偏差角,测试精度为0.05mil。     

激光测量技术在热态成品车轮尺寸测量中的应用

激光三角法测量原理是目前光学测量应用最广泛的方法之一。其原理是光源发生器发出结构光光源(一般为激光点光源)到被测工件的表面,通过光学系统成像到线阵CCD或面阵CCD上的位置,由几何三角关系,从像点在CCD上的位置即可计算得到工件的高度尺寸,再通过测量系统的测量运动(即扫描运动)得到工件的全部外形尺寸。着重介绍热态成品车轮激光检测装置的结构配置及其完成的主要功能。     

激光准直技术在大孔同轴度测量中的应用

介绍一种用于大孔同轴度测量的激光准直系统 ,该系统主要由单模尾纤半导体激光二极管、面阵CCD探测器、图像卡、以及计算机组成 ;采用重心法计算光斑能量中心位置 ,降低对光斑质量的要求 ;多次采样取平均值以抑制光束随机抖动误差 ;采用单模光纤抑制激光束的角漂移。经实验激光参考线的稳定度达到 1.5×10 - 6 的数量级 ,满足大孔同轴度测量的要求     

CO2激光光束在直流TIG电弧中传输形态研究

使用光束光斑质量诊断仪检测了CO₂激光垂直穿过直流TIG电弧后的光斑半径及传输方向的变化,考察了激光离焦量及作用电弧位置对光斑的影响,计算了光束通过电弧后的偏折角度。结果表明,电弧等离子体的"负透镜效应"使得激光束在0、+10 mm离焦量下作用电弧中间位置时,测量的光斑比原始光斑半径增大;-10 mm离焦量下光斑缩小。电弧的"棱镜"折射,使得光束穿过电弧后有向阴极的微小偏折,计算偏折角度为0.8°。激光束0离焦量,作用电弧阳极附近时,光斑呈椭圆。     

ZEMAX在光学设计外形尺寸计算中的应用

外形尺寸计算是光学系统设计的首要环节,尤其对于复杂的光学系统,外形尺寸计算是否合理直接影响像差的校正与平衡及整个系统的布局.由于光学设计软件ZEMAX中的近轴表面可以模拟理想薄透镜,因此可以根据这一特性来进行光学系统的外形尺寸计算.据此,本文介绍了十倍变焦距光学系统和激光光束整形系统两个典型光学系统的外形尺寸计算,与设计结果相一致.该方法比传统的手工计算法简单、直观,并具有较高的精度.     

激光干涉光斑图像恢复方法研究

应用CCD测量激光参数时,干涉噪声会降低测量数据的精度,影响激光参数的准确性。为解决此问题,提出一种激光干涉光斑图像恢复方法：根据光斑空间分布特性,分析图像梯度信息,利用梯度信息将图像划分为若干区域,在各区域中重新分配高斯曲率与高阶微分的权重系数,建立高斯曲率与高阶微分融合去噪模型,去除干涉噪声恢复光斑图像。实验结果表明：该方法能够自适应地、快速地恢复干涉光斑图像,减小束宽测量误差35.6%,提高激光参数测量精度。     

激光自准直仪小型化光机结构设计

增加自准直仪物镜焦距可提高仪器精度,但仪器长度也会随之增加。为实现激光自准直仪小型化,本文利用摄远物镜的实际长度小于焦距的结构特点,设计了焦距为450mm的激光自准直仪摄远物镜,像差分析表明系统传函接近衍射极限,点列图中光斑远小于艾里斑;光机结构设计后,系统包括激光光源在内的轴向尺寸仅为295mm,在满足激光自准直仪光学系统像质要求的条件下,有效减小了仪器系体积。     

卫星光通信高速精确跟踪瞄准实现技术

为了实现卫星光通信高速精确的跟踪瞄准,利用模块化思想设计,设计了一套采用目前先进的DSP技术的嵌入式系统,实现卫星光通信精确跟踪瞄准中快速图像跟瞄控制.该系统以TI公司高性能DSP芯片TMS320C6713B为图像实时处理单元,利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)分别对由图像传感器CCD采集的图像数据进行实时采集和显示.在该平台上,运用最大类间方差法求得最佳图像分割阈值,将图像分割后利用质心算法精确计算光斑形心坐标;根据目标的真实运动轨迹对光斑运动趋势进行估计,使系统工作于预测跟踪状态,保证了卫星光通信跟瞄控制的响应带宽要求.实验结果表明,当CCD的视阈为100×100时,系统图像处理速度可以达到625帧/s.     

基于FPGA的高速实时图像采集和自适应阈值算法

提出了基于FPGA的图像处理自适应阈值算法,实现了激光光斑中心的高速实时检测。采用3×3窗口模块和自适应阈值模块,先对CCD输入数据进行处理,判断光斑的范围,然后再运用光斑的质心算法对光斑所占的像元进行运算,得出光斑位置的脱靶量。本文达到了脱靶量帧速3000帧/s、精度2μrad的技术指标,实现了高速率、高精度的跟踪要求。     

图像法描述强激光远场空域分布的实验研究

在分析利用光电靶获得的激光光斑图像的基础上,提出采用CCD图像记录和能量值同步采样的测试方法来获得强激光远场的空域分布情况,通过实验对远场激光光斑进行图像拍摄和能量值抽样采集,并对结果进行分析处理,获得了激光束透过大气后的空域分布实际情况.     

光开关实现多测量光路的可行性研究

针对准直光束测量中对多测量光路的需求,对应用光开关进行分光的方法进行了探讨。利用LED光源、准直器、1×4光开关及CCD相机搭建了测试系统。通过采集光开关分光后得到的多路准直光斑图像,对光斑的光强分布及相关性进行了分析,此外,对光开关工作在静态、动态时光斑定位中心的稳定性进行了测试。实验结果表明,应用光开关实现的多测量光路具有良好的同源性和稳定性,是一种可行且有效的分光方法。     

几种激光光斑中心定位算法的比较

针对光斑中心定位在激光精密测量中几种光斑中心定位方法,建立了实验系统,对灰度重心法、椭圆中心二次拟合、高斯分布拟合以及高斯累积分布拟合法处理普通光斑的能力进行了比较.结果表明高斯累积分布法不但提供了较高了的定位精度,而且省去了背景噪声的处理过程,加快了处理的速度.同时给出了这些方法在实际应用中的适用条件.     

投影系统自动三色会聚像素中心探测算法研究

为了提高在大屏幕投影显示系统生产中阵列像素器件的三色会聚的速度和精确度，利用电荷耦合器件（CCD）采集阵列像素器件的单个亮像素的投影光斑图像，实验分析了采用重心法和相关法寻找单个像素中心位置的性能.根据三色的像素中心位置的差异，移动控制阵列像素器件位置的步进电机，使三色的像素中心重合，从而实现三色会聚.重心法对位置敏感，不同位置有不同的权重值.相关法通过与固定模板的比较来实现对目标的测量.实验结果表明，重心法具有良好的稳定性和对噪声的不敏感性，调节效果较好，可以作为这一特殊系统实现三色会聚的方法.     

激光照射光斑检测方法

在激光照射性能监测系统的外场试验中,大气湍流等环境因素降低了光斑检测的准确性;同时传统的光斑检测方法在处理高分辨率CCD图像时速度较慢,难以满足实时处理的要求。为解决以上问题,提出一种激光照射光斑检测方法。首先采用自适应阈值法和投影法相结合的方法,将图像分割出一个或多个待检测区域;再根据靶板与成像系统的空间关系,预测当前光斑形态,并制作检测模型,对待检测区域进行相似度检测确定最优目标区域;最后对最优目标区域采用连通域分析提取光斑。实验结果表明：对于分辨率为1392×1040的图像,不仅能准确检测出光斑,还提高了检测速度,实现准确、稳定、快速的检测光斑,为激光照射器性能的评估提供可靠、有效的依据。     

准直LED光斑定位系统设计

针对准直激光在长期工作过程中很难克服的漂移问题,设计了一套准直发光二极管（LED）光斑定位系统。该系统将LED光源发出的光经透镜汇聚进光纤,再经过准直器准直输出,用CCD探测光斑图像,采用多圆拟合法定位光斑位置。将系统与定制的半导体激光器（LD）准直定位系统进行了长期稳定性对比实验。结果表明,所设计的准直的LED光斑定位系统光斑位置漂移量更小,稳定性更高,可以作为高精密光学测量的定位基准光源。