一种新型光学测量系统在高温环境中的应用研究

提出了一种高温条件下的在线光电测量系统,可直接用于浮法玻璃锡槽内玻璃成型区的玻璃厚度测量。建立了一种自动补偿玻璃板上下表面倾斜的单像机双目视觉传感器模型,变双CCD摄像机结构为单CCD摄像机结构。通过加装一组对称光学反射镜,镜像出一对虚拟摄像机,可在同一个CCD像面上采集到存在视差的2幅图像,从而消除玻璃板上下表面倾斜角引起的系统误差;同时,完成传感器在高温恶劣环境中的二维定位,保证了仪器设计基准与测量基准的统一。分析了高温气体湍流条件下激光传输光线起伏效应和光线起伏对激光测量系统性能的影响,提出利用先验法补偿系统热致光学误差;通过实验和在线实际应用证明:该系统测量精度能够满足玻璃厚度在线测量的要求。     

航姿系统矢量传感器非对准误差及其校正

航姿参考系统中三轴磁强计与三轴加速度计常采用椭球拟合法进行误差校正与补偿,其缺点是校正后不同传感器之间以及传感器坐标系与载体坐标系之间往往还存在非对准误差.由定量分析得知此类非对准误差所引起的航姿参考系统航向角误差具有常值误差与半圆罗差之和的形式.利用地磁矢量与重力矢量的点积为常数这一性质,并结合三维旋转矩阵的小角度近似表达式,对椭球拟合法校正后的传感器非对准误差进行了补偿,在不同磁干扰条件下均可使校正效果得到改善,航向剩余误差(均方根)平均减小30%以上.     

经纬仪水平度传感器安装误差补偿方法

针对经纬仪水平度传感器存在安装误差的问题,分析了竖轴倾斜误差补偿中水平度传感器安装误差存在形式;推导了传感器安装误差对水平度检测结果的影响公式,在此基础上研究了安装误差对传感器测量值的影响规律,在绕竖轴的旋转平面内的安装误差,在经过粗调平后,对最终检测结果的影响可以忽略不计,在传感器所在铅锤面内的安装误差对测量值的影响在对径位置上相同;因此设计了相应的传感器安装误差补偿方法,从而修正了经纬仪水平度传感器安装误差对水平度检测的影响。     

一种圆形指针式仪表倾斜检测方法

圆形指针式仪表的倾斜,不利于仪表数字参数区域字符图像的定位和识别。提出一种基于检测仪表名称倾斜的方法来获得圆形指针式仪表的倾斜角度。该方法将仪表表盘上的仪表名称看成一个整体,结合Canny算子、形态学与Hough变换算子来检测其倾斜角度,然后根据该倾斜角度绕仪表表盘中心点对表盘进行旋转校正,使仪表参数区域字符回到固定位置,方便仪表数字参数区域字符的定位与提高数字字符识别的正确率。实验结果表明：该算法能快速准确地检测出圆形指针式仪表图像的倾斜角度,有一定的实用价值。     

航姿系统矢量场传感器校正的双内积法

三轴磁强计与加速度计广泛用于航姿系统中,针对其误差补偿问题,提出一种基于双内积的校正方法。该方法利用了地磁场和重力矢量自身模值守恒,以及二者在旋转轴上投影的不变性。该方法能克服基于椭球拟合的校正方法无法补偿非对准误差的缺陷,实现三轴磁强计及加速度计的完全校正。实验结果表明,该方法能有效改善航姿系统的精度且操作简便。     

基于图像矩的车牌号码倾斜校正

根据矩的旋转不变性计算倾斜车牌号码图像的质心和归一化的中心矩,得到使二阶中心矩变得最小时的旋转角α,把整个图像绕质心旋转α进行水平倾斜校正;在垂直倾斜校正中,提出了坐标相关系数法和最小二乘拟合直线法等2种校正方法,分别计算出垂直倾斜角θ,并对水平倾斜校正后的图像进行错切变换,得到最终的校正图像.实验结果表明,该方法简单实用,能快速、准确地检测出图像的倾斜角,为图像倾斜校正提供了一种有效方法.     

基于面部特征点的单幅图像人脸姿态估计方法

针对目前基于学习的姿态估计方法对训练样本及设备要求较高的问题,提出一种基于面部特征点定位的无需训练即能估计单幅图像中人脸姿态的方法。通过Adrian Bulat人脸特征点定位器和Candide-3构建稀疏通用人脸模型并获得五官特征点,确定模型绕Z轴的旋转范围及搜索步长,在指定Z轴旋转角度下,使用修正牛顿法通过模型的旋转、平移及缩放变换对齐模型和图像中人脸五官角点,得到该角度下模型绕X轴、Y轴的旋转角度及绕Z轴候选角度下的损失函数值,根据最小损失函数值确定人脸绕3个轴旋转的最佳值。实验结果表明,该方法能够快速估计自遮挡的大姿态角度人脸,在公共人脸库Multi-PIE、BIWI和AFLW上的平均误差分别为3.79°、4.37°和6.04°,明显高于同类人脸姿态估计算法,具有较好的实用性能。     

基于投影机-摄像机结构的光照补偿技术综述

随着投影机性能的不断提升以及计算机图形图像技术的不断发展,投影技术被应用到各种场合中,越来越多的日常表面被用作投影表面.通过适当的补偿技术,投影系统可以在几何结构不规则、反射条件不理想的表面上投射出接近于目标图像的画面.文中综述了近年来出现的基于投影机-摄像机结构的光照补偿技术.基于颜色混合矩阵的补偿技术使用少量的校正图案即可计算出系统的光照及反射信息,对于反射情况相对简单的应用可以进行高效的补偿,使系统实时稳定地输出几何、颜色无偏差的目标图像;在此基础上,使用同轴投影机-摄像机结构或者内嵌编码图像的方法进一步缩短标定所需时间,使得光照补偿技术可以扩展到移动投影系统的应用中.基于对目标图像预处理的相关优化技术可以在保证光照补偿精度的同时最大化地利用投影机的能量,尽可能扩大系统的动态范围.基于光线传输矩阵的补偿技术考虑了投影机-摄像机结构中的所有光照效应,采用相关的优化算法可以快速求取出系统光线传输矩阵的广义逆矩阵,以实时计算补偿图像;在此基础上,使用多通道投影系统可以有效地增加系统的分辨率,提高系统的动态范围,使得光照补偿技术可以应用到更多反射条件不理想的表面上.     

一种新的车牌倾斜校正方法

车牌的倾斜对车牌的字符分割与识别带来不利的影响.本文分析了车牌的倾斜模式,提出了一种新的车牌倾斜校正方法.该方法采用水平和垂直彩色边缘检测结合旋转投影求取车牌的水平和垂直倾斜角度,对水平倾斜的车牌进行双线性插值旋转校正,对垂直倾斜的车牌进行双线性插值错位偏移校正.实验结果表明,该方法简单实用,对光照、污迹等不敏感,抗干扰能力强.     

基于纹理梯度的文档图像的倾斜校正方法

文档图像的倾斜校正在光学字符识别以及文档理解系统研究中有着重要的意义,国内外学者提出了很多实现方法,但各种方法都存在一定的局限性.通过对基于Hough变换和投影的倾斜校正方法的分析,提出了一种基于文档图像纹理方向的倾斜校正方法:文档图像中的文本纹理整体表现出一定的方向性,使文本图像能保持水平,通过纹理方向性分析,找出纹理的主要方向,进而求得文档的倾斜角度.通过一个复杂版面的二值文档图像的检测校正实验表明,方法提高了倾斜校正的校正范围,而且具有较好的有效性和鲁棒性.     

基于捷联惯导系统的杆臂效应误差分析

随着捷联惯导系统的发展,对惯性导航精度和快速性的要求越来越高。而快速性主要取决于初始对准时间。传统的初始对准方法具有一定的局限性,而传递对准是一种新型的、快速的初始对准方法。主要分析了传递对准方法中的速度匹配方法,在此基础上推导了杆臂效应的基本原理。最后通过仿真得到,存在杆臂效应时,航向失准角估计误差稳态值为-0.5°;通过实船实验得到,存在杆臂效应时,俯仰、横滚和航向角的失准角估计误差分别为-0.22°,-0.37°,-0.35°,从而验证了杆臂效应误差对失准角的影响。     

基于Kriging滤波的高精度视线转率估计方法

针对空间目标拦截器拦截过程中,有高斯噪声干扰的视线转率估计问题,提出基于Kriging滤波视线角转率估计方法。该方法先进行惯性视线角的重构,再设计窗函数,通过非模型的数值方式估计出视线角转率。仿真结果表明,该方法计算量小,不受模型约束,可以有效提高视线转率的估计精度,进而提高制导精度降低脱靶量。     

大孔径空间探测系统的缺陷分布分析

针对空间光学成像探测系统的口径越来越大,在加工中容易产生局部缺陷的问题,分析了局部缺陷分布位置对于光学系统的影响。基于成像光学系统的调制传递函数给出了缺陷位置分布对空间频率的影响的理论分析。利用Zemax和Matlab软件对一个实际缺陷的调制传递函数特性进行了仿真研究,结果表明:在光学系统中有效避免了局部缺陷对高频的不利影响,可使截止频率提高5%。     

卫星主动观测的视线云出现频率特征分析

云对气象、测绘、国土资源调查等领域中空基和天基光学、红外传感器的使用有着显著影响。为了分析中国及周边区域不同高度上各视角方向的云出现频率,首先建立了基于卫星主动观测的视线云出现频率计算模型,并利用2006年7月至2009年3月的CloudSat/CALIPSO联合观测资料,对中国及周边地区不同高度多个方向上的云出现频率分布进行统计分析。结果表明：视线上云的出现频率因观测高度、角度的不同而不同,且具有明显的季节变化特征,但观测结果具有方位独立性。在各高度,视线由水平方向移向垂直向下时,云出现频率在某一观测方向存在极小值。此外,对比分析了指定高度上的云出现频率分布特征,结果表明:各高度上的云出现频率分布存在明显的地区差异,在对流层上层,云出现频率与纬度相关,且在热带区域存在局地极大值。     

Investigating the effect of gravity on the optical performance of large-sized liquid crystal displays

This paper proposes a method to investigate the effect of gravity on optical performance of large-sized liquid crystal displays (LCDs). Combined with the finite element analysis and the LCD optical simulation, the change in optical performance of large-sized LCDs under the influence of gravity is analyzed. Compared with the condition without tilt angle, the Δu'v' is 0.025 in the bottom area of the 100-in LCD with the substrate thickness of 0.3 mm at a tilt angle of 1.5°, leading to a noticeable color shift. With the decrease of tilt angle or the increase of substrate thickness, the change in optical performance becomes unnoticeable and thus avoids the occurrence of visible display defect. Utilizing the proposed method, the assembly precision of large-sized LC panels can be calculated and the display defect caused by gravity can be effectively prevented.     

光学观测中太阳夹角的分析与计算

对影响光学观测效果的太阳夹角计算方法进行了研究。首先给出了太阳夹角的定义及计算公式。然后重点研究了太阳视位置的计算方法,比较了几种赤纬角计算方法,给出了一种改进的时角计算方法,实现了高精度的太阳视位置计算,并对其计算精度进行了分析。最后提出了在实际光学观测应用中的太阳夹角计算算法。实验表明,太阳视位置计算精度比传统数值近似方法高一个数量级,能够满足光学观测中太阳光照分析的需要。     

基于相位调制器的光载OFDM信号产生和传输系统

光正交频分复用（OOFDM）是目前宽带通信领域的研究热点,它和光纤无线通信（ROF）系统相结合可以更好地克服色散,提高ROF系统的性能。提出一种基于相位调制器的光载OFDM信号产生和传输系统。在中心站采用相位调制器结合光滤波器产生载波抑制-双边带（DSB-SC）光载毫米波,将OFDM信号调制到一个边带上进行传输。建立了光载OFDM信号的产生模型,分析了光纤色散导致的相位影响,并通过仿真实验验证了系统的可行性。结果表明,经95km光纤传输后,系统的眼图仍清晰张开。     

谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器.对基于调相谱检测技术R-FOG系统中的环路频率锁定技术进行了研究.通过对系统光学回路和处理电路部分分别进行建模,利用反馈控制系统理论,分析了整个环路的传递函数,得到了整个环路起主导作用的简化模型.利用该简化模型,在一定的光学回路参数条件下,得到了处理电路的最佳锁定参数,并进一步在实验中得到验证.     

短距离LED可见光音频传输系统设计

基于白光LED照明和通信双重作用,构建了一种短距离白光LED可见光音频传输系统。从短距离、低功率系统考虑,分析可见光传输模型和影响因素,设计可行的可见光发射端和接收端。采用AGC电路和限幅放大电路提高系统的动态范围,保证语音信息输出稳定;采用阵列接收方式扩大接收角,提高系统灵敏度。为了实现系统噪声匹配,设计了低噪声高增益前置放大器。测试结果表明,系统实现了可见光短距离音频信息的无失真传输,验证了系统的可行性。     

MEMS-based monolithic three-axis fiber-optic acceleration sensor

In this paper, a MEMS-based monolithic three-axis fiber-optic acceleration sensor is proposed, consisting of three optical fiber collimators and a three-axis acceleration sensing chip. The novel acceleration sensor includes two horizontal sensing units and one vertical sensing unit integrated on a single silicon substrate. Three optical fiber collimators are on the same side of the three-axis sensing chip, thus reducing the package size and cost. In each sensing unit, the micromirror, suspended on a pair of torsion beams, has a torsional angle in response to acceleration in sensing direction. The torsion angle is monitored using fiber-optic detection technique. The sensing system operation principle has been analyzed theoretically, its mechanical performances were simulated using the FEM simulation, and its fabricated process flow was proposed. Using bulk micromachining technologies, the horizontal and the vertical sensing units were successfully fabricated. Finally the individual fabricated sensing units were packaged and tested.