电视脱靶量的实时输出

本文对跟踪测量电视系统的实时输出部分的功能做了详细介绍并对时统采样脉冲与电视扫描的同步与锁相,电视脱靶量的纯滞后校正和动态测量误差的修正做了详细的讨论。     

可编程动态旋转靶标标定方法

动态旋转靶标可以给出检测光电测量设备跟踪精度和测量精度的空间角度真值,针对动态靶标的空间角度标定问题提出了基于线阵CCD标定和视频判读标定的方法。他们是建立在对动态靶标空间位置重复性进行统计的基础上,利用Excel等软件完成脱靶量数据处理。实验结果表明,所提出的方法能够消除由于曝光、扫描和转移等时间不同步问题引起的单点电视脱靶量误差,能够实现对动态靶标的标定。     

应用坐标变换动态修正光电经纬仪脱靶量

分析了目前采用的脱靶量修正模型的适用条件,采用坐标变换法推导出经纬仪脱靶量修正公式,获得了与球面三角学相一致的推导结果,并在此基础上推导出成像系统无照准轴平行约束条件的通用脱靶量合成公式.采用光学系统的物方焦点作为摄像机系统的投影中心,推导出投影中心与经纬仪回转中心不重合条件下摄像机投影中心在测量坐标系中的坐标值.经测量设备的实际验证表明,该修正方法突破了现有修正模型的局限性,适用于多传感器经纬仪成像系统.对于水平不平行度为6.13°,物方焦点到固联中心的距离为0.247 m的成像系统,脱靶量合成修正误差＜16.0"(高低角为65°);投影中心位置误差＜0.04 m.     

光电经纬仪脱靶量和坐标动态修正

提出了目前采用的脱靶量修正模型的适用条件,采用坐标变换推导经纬仪脱靶量修正公式,获得与球面三角学相一致的推导结果,并在此基础上推导出成像系统无照准轴平行约束条件的通用脱靶量合成公式。采用光学系统的物方焦点作为摄像机系统的投影中心,推导出投影中心与经纬仪回转中心不重合条件下摄像机投影中心在测量坐标系中的坐标值。经测量设备的实际验证,该修正方法突破了现有修正模型的局限性,适用于多传感器经纬仪成像系统     

基于时间参考点的差动式线阵CCD位移传感器

为了将线阵CCD应用于实际工程的大尺寸位移测量,利用线阵CCD像元空间与输出时间的对应关系,提出了一种差动式测量的线阵CCD位移传感器测量系统。分析了线阵CCD位移测量存在的问题,结合线阵CCD中像元空间与驱动脉冲之间的对应关系,提出一种以时间为参考点的差动式测量方法。该方法用两个空间上对齐、时间上错开半个积分周期的线阵CCD检测透光挡板上等间距分布的透光光线的位置变化;通过计算两个CCD上输出光信号的时间差,用匀速扫描测量原理实现对空间位移的测量。用雷尼绍激光干涉仪对所研制的线阵CCD位移传感器进行了校准,结果显示：在有效测量范围（600.05 mm）内,经过修正后的测量误差可控制在±2 μm以内,验证了用差动法实现线阵CCD大尺寸精密位移测量的可行性。     

跟踪与测量电视的新近发展

就图像传感器、视频信息处理和取脱靶量三个方面的研究工作进行了简要的介绍,从中可以看出跟踪与测量电视技术发展的一侧面。     

彩色CCD比色测温的修正方法

基于彩色CCD图像传感器的非接触式温度检测是一种新颖的高温检测方法,减少其测量误差具有重要意义.在介绍CCD测温原理的基础上,提出了标定修正的CCD比色测温方法,将CCD响应特性曲线的非理想性和信号转换等因素引入的测温误差归结到比色测温公式的K值中,再利用黑体炉对K值进行标定修正.实验结果表明,标定修正的CCD比色测温方法能有效减小测温误差,提高测温精度.     

采用CCD的非接触测量中提高精度的一种方法

利用CCD传感器对工件进行测量是非接触测量领域的常用方法,但受到CCD像元特征尺寸的限制,测量精度往往只能达到微米级,限制了该系统在非接触测量方面的更广泛应用.本文从算法角度提出了一种提高CCD精度的方法.实验证明,方法能将测量的精度提高一个数量级.     

三点接续式大尺寸工件直线度动态测量方法研究

讨论大尺寸导轨直线度的动态测量方法。首先介绍了三点接续式测量方案的基本原理及数据处理方法。文章结合电梯T型导轨的侧导向面和上导向面的特点,分别选择涡流传感器和平行激光—线阵CCD传感器,作为直线度动态测量的实现方案。最后,对三点接续式方法的测量误差进行了分析。     

基于像差修正的同轴度测量方法

为了实现在同轴度测量中平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)两个量的同时测量,建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算;并通过对系统像差的分析,提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1.6 cm的系统,平偏测量精度可达0.02 mm,角偏测量精度可达9.5″。因此,该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。     

光学三角法在大面积体积测量中的应用

作者的研究目标是一种用于测量大面积物体体积的新系统。该测量系统是以获得距离信息的光三角原理为基础,它的位置传感器是线性CCD,它的显示和控制中心是微机。这种仪器可作实时显示、并能输出计算结果。文中详细讨论了光学系统的成像特性,给出了用于控制系统的软硬件设计。测量结果表明,系统的操作正常,测量精度在2%之内。最后给出测量误差的数学分析结果。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。     

基于无衍射光的空间入射角测量及其自动标定

为了实现对空间入射角度的精密测量,基于无衍射光束的光斑中心轨迹在自由空间的传播特性,提出了一种空间入射角精密测量系统的实现方法。针对无衍射光测空间入射角测量系统难以快速、准确地建立光束空间矢量与图像传感器像素的映射关系的问题,提出了一种基于全站仪的近距直接标定方法;搭建了用于标定的系统平台,并通过全站仪的电控马达,编写了用于标定的自动控制软件;实现了对图像传感器的自动、快速标定,极大地缩减了标定时间,消除了长时间标定所引起的系统时变误差。在工作时,通过无衍射光斑特定的定中算法,获得其在图像传感器光敏面上的位置坐标,结合光束空间矢量与角度映射矩阵,通过曲面插值即可计算得出光束的空间入射角度。实验表明针对该空间入射角测量系统的标定方法可行、自动、快速且映射精度高,可适用于类似于空间角度入射角测量系统的标定。     

主轴回转运动精度的计算机视觉测量系统

基于计算机视觉测量技术,建立了机床主轴回转运动精度测量系统。系统主要由CCD 摄像机、计算机和相应的图像处理软件组成。利用图像传感器记录靶标特征点运动轨迹,经过图像处理软件的数据处理,可直接测得主轴的回转运动。由于靶标特征点的提取直接影响系统的测量精度,因此提出了以圆形标记作为靶标图案,采用面积矩方法提取圆心来提高系统测量精度。在MATLAB 环境下编程实现图像处理和数据计算,采用最小区域圆法计算主轴回转误差。最后采用该系统对车床主轴进行了测量,试验证明,系统可以实现主轴回转运动精度的精确、快速测量,且精度达到微米级。     

用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统的研究

本文采用面阵CCD ICX415AL作为传感器件,设计了一种用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统。成像系统对两片面阵CCD进行光学拼接,使它们完全共面,这样可以在保证目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求。本文在介绍面阵CCD ICX415AL的结构和特点的基础上,完成了ICX415AL的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比。为了获得好的成像质量,系统在设计完后要进行辐射定标,根据本文中的定标实验数据,确定了最佳的动态范围和工作点。整个系统采用现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率。     

基于二维光扫描的细长孔内壁疵病检测技术

细长孔内壁疵病检测是采用光学、机械、计算机等技术实现深孔内表面疵病的自动观察与检测.该测试系统由光扫描光学成像分系统、CCD摄像分系统、计算机控制及图像处理分系统等组成.被测面的反射像通过内窥镜成像在面阵CCD的光敏面上,CCD输出的视频信号经图像采集卡输入计算机,经图像拼接及图像处理,最终完成疵病的检测与尺寸测量,测量精度可达到0.2 mm.本文重点介绍了细长孔内壁疵病检测的原理、二维光扫描成像技术、图像拼接和图像处理技术,并对总体的检测精度进行了分析.该项检测技术不仅可计算出细长孔内壁疵病的面积大小、方位,还可检测出镀铬层脱落面的大小、方位,内壁裂纹的长度、方位等.     

基于SPR原理的纳米级金属膜厚在线测量系统中的视频图像处理

主要研究基于表面等离子共振(SPR)技术的纳米级金属膜厚在线测量系统中的视频信号处理问题。由于CCD在动态连续采集图像的过程中会受到环境以及工作台旋转的影响,从而会随机地产生高斯白噪声和图像的扭曲现象,造成视频图像的模糊或者扭曲失效。通过对视频图像进行滑动平均滤波、小波分析以及动态补偿时域滤波的处理,消除了高斯白噪声和避免图像扭曲的发生,确保了CCD获取视频图像的有效性与清晰度,从而提高了从图像中获取的共振角度变化量的准确性,并进一步提高了金属薄膜厚度的测量精确度与可靠性。     

A spiral scanning probe system for micro-aspheric surface profile measurement

This paper presents a novel spiral scanning probe measurement system which is developed to achieve precise profile measurements of micro-aspheric surfaces. The system consists of a scanning stage (a spindle and a linear slide) and a contact-type displacement sensor. The contact-type sensor is employed for the scanning of the micro-aspheric surface. The micro-aspheric object is set on the spindle, and the contact-type displacement sensor is set on the linear slide. The motions of the spindle and the linear slide are controlled synchronously so that the micro-aspheric object is scanned spirally for high-speed measurement. The motions of the stage are used as the scanning datum for the profile measurement. Because the error motions of the stage are estimated to be on the order of tens of nanometer, these errors are measured and compensated to achieve precise measurements. The alignment error between the spindle rotation axis and the probe tip of the contact-type displacement sensor, which is called the centering error, is confirmed to cause considerable measurement error of the micro-aspheric surface profile. Methods are proposed to make the alignment accurately. Experiments of surface profile measurement of a micro-aspheric lens are also carried out in the measurement system.     

CCD显微摄像法测量孔心距

通过对 1 9J型万能工具显微镜进行数码改造 ,建立了用于工件孔心距测量的CCD数码显微摄像系统。讨论了CCD摄像法测量孔心距的基本原理 ,简要介绍其软件系统 ,为工件孔心距的精密测量提供了快速、有效、经济的测量途径。     

非接触式扫描反射镜转角测量系统

为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围,建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理,该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角,并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求,对系统进行了误差分析,给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源,计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明：系统的检测系统分辨率为2.5",测角范围为11°,测角精度可达3",可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。