激光光斑位置精确测量系统

设计了一种激光光斑位置测量系统,用于提高激光照射器监测系统测量激光光斑位置时的测量精度.分别介绍了测量系统的组成及它们的信号连接关系.针对激光光斑图像采集过程中的后向散射现象,提出基于异步距离选通的激光后向散射抑制技术.为了克服大气湍流扰动对激光光斑成像的影响,利用改进的盲解卷积算法对激光光斑图像进行事后图像处理.最后,对光斑图像进行畸变校正,并利用高斯曲面拟合算法提取光斑位置.设计了若干仿真实验,并应用该系统处理了实际外场实验.结果表明,所设计的激光光斑位置测量系统的测量精度不超过0.3 pixel.     

CCD作为探测器用于激光角跟踪系统的研究

本文讨论了 CCD 激光角跟踪系统的工作原理,分析了 CCD 激光角跟踪系统的探测距离和测角精度,并将 CCD 系统与传统的四象限系统作了比较,同时论述了用于CCD 系统的电子快门技术和像增强器技术。文章最后提出了 CCD 系统比传统的四象限系统,具有较大的优越性。     

一种抗干扰的光刀中心提取方法

在光切法测量中，受太阳光照、被测物体表面纹理信息、低反射特性等干扰因素的影响，很难准确地提取激光光带信息。本文提出了一种有效地消除这些因素的解决方法。首先控制激光光源，连续采集两幅图像，其中只有一幅图像包含激光光带信息；然后进行背景运动补偿，使两幅图像只在激光照到的位置处稍有不同，将两幅图像相减，使激光光带信息突出；最后，对光带数据进行细化、修补处理获得完整的光刀中心轮廓线。实验结果表明，所提方法有效地消除了上述三种干扰因素的影响，非常适合现场运动工件的表面形貌测量。     

基于数学形态学光笔测量系统的特征点图像识别算法

介绍了一种便携式光笔三坐标视觉测量系统,在分析测量系统成像特点的基础上,提出了一种基于数学形态学算法的图像数字处理方法,即通过在CCD摄像机镜头上加滤光片来隔离背景对图像产生亮斑的干扰。数学形态算法以光笔上被测特征点在CCD摄像机像面上的光斑图像轮廓所占的像素个数为基准,剔除过大和过小的图像轮廓,进而采用基于本算法的特征点图像识别方法来实现目标图像的获取,从而实现椭圆形光斑图像的识别。本文给出了该方法的具体实现过程,试验结果表明,该方法能够对背景复杂和灰度分布不均匀的图像实行有效的图像分割,实现目标图像和背景图像的分离,加快图像分析和处理速度,提高系统测量的效率和稳定性。     

光针轮廓扫描技术测量内螺纹曲面

分析了激光光针扫描在测量内螺纹曲面时的特性及影响精度的因素。根据光斑在被测面的噪声分布特点,采用中值滤波与小波阈值去噪相结合的综合滤波算法对光斑图像进行了去噪处理,其中中值滤波可以有效地消除光斑图像中的脉冲噪声,而基于小波变换的阈值去噪算法可以消除图像中的高斯噪声。通过综合滤波算法对光斑图像进行处理,可以有效消除激光光斑噪声,消除图像噪声对测量精度的影响,同时保持了光斑图像的细部特征。根据激光光斑图像在倾斜被测物体表面光强分布特点,设计了近似圆拟合算法来确定光斑中心,该算法相对传统算法具有计算量小、计算效率高,适合在线检测的特点,可以克服测量面倾斜对激光光斑中心的影响。利用采用上述方法的坐标机激光光针扫描系统,对标准内螺纹量规进行测量,对比应用前后的测量结果,螺距精度提高了0.48 mm,中径测量精度提高了0.44 mm,牙型角精度提高0.57°。     

光电/量热复合式近红外高能激光光斑探测器

为了准确测量高能激光系统远场到靶总能量和功率密度时空分布等参数,本文提出了量热吸收法和光电探测阵列法相结合的复合式测量方法.该方法由热吸收体测量入射激光的总能量,由光电探测阵列测量光斑的时空分布.研制了用于大面积、长脉冲近红外高能激光测量的复合式光斑时空分布探测器.探测器主要由石墨热吸收体、近红外探测器阵列、测温单元和信号处理单元等组成,有效测量光斑面积达到22 cm×22 cm,光斑测量空间分辨力为1.1 cm,时间分辨力为20 ms.该测量系统同时兼顾了光电探测阵列法的高时空分辨能力和量热吸收法的低测量不确定度等优点,适合于高能量、大面积近红外高能激光光斑参数的综合测量,并已成功应用于外场实验.     

光电经纬仪CCD曝光中心测量系统的设计

根据高精度靶场测角要求,设计了一套以IRIG-B码终端为时间基准,基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的CCD曝光中心测量系统.首先给出了CCD曝光中心的测量原理及硬件组成,利用共源的两台IRIG-B码终端控制发光二极管和CCD探测器,通过调整B码终端输出信号时延控制发光二极管,得到了1 Hz脉冲前后沿和曝光脉冲前后沿对齐的2个关键时刻.针对人工图像判读精度低的问题,提出了利用图像重心的提取算法和改进的Krisch边缘算法,自动计算得到CCD曝光中心,其精度优于17 μs.在外场对多套光电经纬仪CCD曝光中心进行了测量,并将测量结果应用到外场校飞数据处理中,结果表明,在飞机过航捷时光电经纬仪的测角误差平均减少了55％.该系统稳定、可靠,在靶场测量中有着广泛的应用前景.     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数.方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数.本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法.首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型.然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑.在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标.沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像.利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标.由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束.拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角.实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型.测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证.结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°.     

大型煤堆体积测量中光斑中心读取方法研究

本文介绍了大型煤堆体积检测系统的特点,并给出了基于光学三角原理实现的煤场存煤量自动检测系统的构成和工作原理。分析了影响其测量准确度的主要因素,即转台的准确度、激光光斑的大小、激光散斑的存在及CCD接收器件的分辨率。针对大范围测量时,光斑图像占用多个像素及散斑造成的光斑图像强度分布不均以致于很难读取真正的光斑中心的问题,本文提出了基于Hough变换的光斑中心读取方法。实验表明,该方法有效地提高了大型煤堆体积检测系统的测量准确度     

激光自动对焦中离焦量的探测与计算方法

根据激光光线聚焦状态不同对应被测面上激光光斑形状不同的特点,通过引入辅助激光束,分析了调焦CCD采集的激光光斑图像信息,进而根据光斑形状及半径等信息确定被测面对焦状态。针对实验中每隔相同离焦距离采集的一系列光斑图像,提出了相应的图像处理方案,以提取所需光斑半径信息,进而进行光斑半径与离焦量转换。实验结果表明,光斑半径与离焦量呈线性关系,最大线性范围灵敏度为2.342像素/μm,最高可实现0.43μm分辨率。     

A study on a vision sensor system for tracking the I-Butt weld joints

In this study, a visual sensor system for weld seam tracking the I-butt weld joints in GMA welding was constructed. The sensor system consists of a CCD camera, a diode laser with a cylindrical lens and a band-pass-filter to overcome the degrading of image due to spatters and arc light. In order to obtain the enhanced image, quantitative relationship between laser intensity and iris opening was investigated. Throughout the repeated experiments, the shutter speed was set at 1/1000 second for minimizing the effect of spatters on the image, and therefore the image without the spatter traces could be obtained. Region of interest was defined from the entire image and gray level of the searched laser stripe was compared to that of weld line. The differences between these gray levels lead to spot the position of weld joint using central difference method. The results showed that, as long as weld line is within ±15° from the longitudinal straight line, the system constructed in this study could track the weld line successfully. Since the processing time is no longer than 0.05 sec, it is expected that the developed method could be adopted to high speed welding such as laser welding.     

采用外触发方式实现CCD摄像机的全自动调光控制

针对传统的CCD摄像系统自动调光方法在工程使用中存在的不足,提出一种新型的CCD摄像系统的全自动调光方法。它采用外触发电子快门和可变光阑相组合进行调光,外触发电子快门调光为主,可变光阑调光为辅。采用外触发方式实现CCD摄像机的电子快门时间调节,由单片机控制电机调节可变光阑的通光口径,以使像面照度适中。反馈控制量由图像目标区域的均值电平获得,从而实现最佳全自动调光。简要叙述了新型调光系统的组成和工作原理。Matlab仿真结果表明,与传统调光方法相比,新型调光方法调光拍摄的图像对应的直方图分布更宽广且更均匀,功率谱幅值也更高,达到7.5dB以上。其图像更清晰,对比度更高,目标层次对比也更加明显,满足现代CCD摄像系统的最佳全自动调光要求。     

Hardware-software System for Exploring the Possibility of Application of CCD Image Sensors as Part of Gated-Viewing Systems

This paper presents the results of the development and testing of a system for studying the operating modes of CCD sensors. The purpose of the study is to verify the performance of these sensors as part of a gated-viewing system without using an image intensifier or another external fast shutter. The system can be used to control a commercial CCD sensor in an undocumented way using signals of arbitrary shape, synchronize its operation with a laser emitter, receive and digitally process an image, and transfer it to external devices. Experiments with various CCD sensors have shown that a gated-viewing surveillance system can be developed based on an interline transfer CCD sensor without an image intensifier and can be used in applications.     

基于序列图像提高光斑质心定位精度

针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求,提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测;然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值,结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割,提取光斑区域,同时降低窗口内外噪声。最后,用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响,实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明,本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法;其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别,稳定性度量平均值为0.000 49,优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示,提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。     

基于视网膜光反射的实时人眼定位研究

基于视网膜光反射,提出了一种只需要简单算法的实时人眼定位方法.通过确定人眼相对于点光源的空间方位的实验,证明了该人眼定位方法的可行性.在这种人眼定位方法中,如果在点光源形成的锥形照明区域中没有人眼,那么CCD接收的图像将是一个均匀的暗背景图像,且图像中没有亮斑存在;如果在该锥形照明区域中有人眼,那么CCD接收的图像将是...     

CCD摄像机全自动调光系统

在CCD摄像系统中,利用电子快门和可变光阑有机结合,在单片机控制下实现全自动调光,不仅扩大了调光的动态范围,而且可有效地控制对运动目标摄像时产生的像移,其最大像移控制在0.0024mm.这些方法应用到使用空间受到限制的小型电视摄像系统中具有现实意义.     

基于图像处理的光轴平行性检测系统研究

针对光电系统关键部件光轴平行性检测问题,开展光斑图像采集与检测数据分析的技术研究,建立基于 CCD 相机及 USB 图像采集卡的图像采集与处理硬件系统,通过计算机驱动 CCD 相机完成光斑图像采集,对采集到的光斑图像进行数字处理,得到光斑质心在靶平面的坐标值。根据光学成像原理,计算出该光电部件激光光轴偏差的角度值,得到光电系统光轴平行性的装调量,为光电部件光轴平行性装调提供检测及数据分析工具。     

激光共振电离质谱实验中的光束定位及合束装置

本文介绍了一种在激光共振电离质谱 ( LRIMS)实验中 ,用于定位和合成脉冲激光束的实用装置。在此装置中 ,采用同步式电荷耦合器件 ( CCD)相机对强激光散射光斑和弱背景进行不等时曝光来获取离子源内部图像。此方法解决了由于激光散射光斑和背景光强相差太远 ,从而使得采用视频 CCD相机无法同时获取两者图像的问题。同时 ,采用了一种新的四象限探测器对光束进行精确合束