基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计

针对图像传感器采集数据量大、传输通道多、传输速度快等特点,将LVDS技术应用于图像采集系统,提出了一种基于LVDS技术的多通道高速图像采集系统.详细介绍了LVDS技术的基本工作原理、技术特点,并结合实际设计要求,重点阐述了多通道高速图像采集系统的总体结构和各部分的硬件构成及系统控制部分的软件设计流程.同时,对于不同的图像尺寸和SPI接口情况进行了FPGA内部模块的系统仿真,证明整个系统能够实现对数据量高达5.9 Gbit/s的1280×1024图像阵列的实时采集和数据传输功能.     

光学测量的飞行器空间姿态测量方法

针对飞行器近景实验中的三维运动姿态参数测量,提出了一种基于序列图像的屏幕光斑成像法的数学模型.通过安装在飞行器表面的激光发射装置向屏幕上投射激光光斑的方法,首先用激光跟踪仪对实验场地内的多方位高速摄像机和固定屏幕进行全局标定并建立各坐标系间的转换关系,利用高速相机同步拍摄记录下屏幕上随飞行器姿态变化而变化的光斑位置,并对拍摄下来的光斑序列图像进行分析以确定飞行器的姿态参数.该方法避开了飞行器运动过程中因喷火等特性对拍摄图像的影响,同时将飞行器的姿态变化进行有效放大,从而使整体测量精度得到提高.实验数据表明,在一定转动范围内,该方法的测量精度不超过0.03°.     

脉冲激光测距中高精度时间间隔测量方法的研究

高精度时间间隔测量对脉冲激光测距系统具有重要意义，为此提出了一种新的高精度时间间隔测量方法。该方法在FPGA中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合。采用脉冲计数法对被测时间间隔进行“粗值”测量，保证大的动态测量范围。利用FPGA内部锁相环产生N路同频率，相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟，基于等精度测频原理，将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N。利用FlipFlop锁存器形成延时链，对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化。该方法解决了传统多相采样技术中倍频次数高则相移分辨率降低的问题，在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下，得到较高测时分辨率。测试结果表明，该时间间隔测量模块不但可以实现大的动态测量范围，而且测时过程相对较短，具有较高测时精度。     

相位法激光测距接收系统

相位法激光测距作为一种高精度的测距方法，在很多领域中得到广泛应用，在激光调制频率一定的情况下，测距速度和精度取决于相位差测量的速度和精度，并受信号串扰等因素的影响。基于此，提出了一种新的相位差放大测量的方法，在不增加测量时间的同时将测相精度提高1/N倍，并结合欠采样技术避免了混频器和其他多余器件的使用，减小了串扰对系统的影响；高频弱光信号入射到雪崩光电二极管上，会在输出信号上产生相位延迟导致测距误差，我们提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压的方法减小该相位延迟，对于调制频率为18.5MHz波长为650nm的激光，当入射光强度为0.5uW时，可将相位延迟从1.4度 压缩到0.03度 之内；建立了信号串扰产生测相误差的数学模型，并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测相误差的影响。实验结果证明，当调制频率为18.5MHz时，测相精度为0.014度 ，相应测距精度可达0.3mm 。     

激光测距仪中基于脉冲电流供电的高精度温度控制系统

半导体激光器及雪崩光电二极管作为激光测距仪中发射和接收系统中的关键器件，温度对其性能的影响限制激光测距仪的测量精度。而且二者均为小功率器件，精密测温电路中采用Pt电阻测温时，Pt电阻的自热效应产生的测温误差不能忽略。基于此，在对Pt电阻测温的误差产生机理做详细分析的基础上，提出了一种新的脉冲电流供电的方案，建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型，给出了脉冲宽度和热量积累的关系，通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差；使用高阶正交多项式拟合的方法对Pt电阻的非线性进行了补偿，给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验，在不同的温度点，该温度测量系统的最大误差为 0.0006度。系统稳定性测试结果表明，该系统在0度到15度 的温度范围内各温度点控制稳定度均优于±0.005度 。     

应用Hopfield神经网络和小波域隐Markov树模型的图像复原

为了解决传统的Hopfield神经网络图像复原算法对噪声抑制和图像细节保护不能很好兼顾的问题，提出了一种基于改进的连续Hopfield神经网络和小波域隐Markov树(HMT)模型的复原算法。将小波域HMT模型作为图像小波系数统计关系的先验知识，并以正则化项的形式引入到神经网络模型中，最终利用Hopfield神经网络的能量收敛特性完成图像复原。同时，提出了一种高度并行的网络权值矩阵计算方法，通过对模板图像进行算子操作，分批求取网络权值，避免了大型矩阵的乘法运算。实验结果表明，无论是对真实图像还是人工生成图像，算法复原结果的视觉效果均有明显改善，提高信噪比(ISNR)较传统同类算法增加0.3dB以上，达到了同时抑制噪声和保护图像细节的目的。     

基于视觉图像的石英摆片参数精密测量方法

为了解决检测石英摆片易划伤和提高检测的速度、精度,提出了利用视觉图像进行石英摆片平面几何参数测量的非接触测量方法.该方法通过视觉系统对石英摆片图像进行摄取, 由Sobel算子对图像进行单像素精度的边缘初始位置定位,进而利用改进的Zernike矩亚像素定位算法实现对目标边缘的精确定位,最后通过最小二乘法拟合边缘点得出石英摆片的平面几何参数.实验结果表明:该方法稳定性好,测量精度高,定位精度优于0.1 pixel,可实现石英摆片平面几何参数的精密测量.     

激光测距温度控制系统

在激光测距系统中,为了消除温度对半导体激光器调制特性及雪崩光电二极管接收性能的影响,使系统更加稳定地工作,温度控制系统的设计十分关键.通过对控温箱的合理设计,减小了周围环境对温控系统的影响;对Pt电阻测温的误差产生机理做了详细的分析,提出了脉冲供电的方案,分析了脉冲电流产生的自热效应,给出了脉冲宽度和热量积累的关系,通过合理控制脉冲宽度,减小了自热效应引起的测温误差;使用高阶正交多项式拟合的方法对Pt电阻的非线性进行了补偿,由该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验结果可知,在不同的温度点,该温度测量系统的最大误差为0.000 6℃.在0～15℃的温度范围内各温度点控制稳定度均优于±0.005℃,满足了激光测距系统的需要.     

激光测距仪的脉冲电流供电温度控制系统

激光测距系统中的发射器件和接收器件具有温敏特性且均为小功率器件,精密测温电路采用Pt电阻时,Pt电阻的自热效应影响测温精度.为减小自热效应产生的测温误差,在分析Pt电阻测温误差产生机理的基础上,提出了一种新的脉冲电流供电方案,建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型,给出了脉冲宽度和热量积累的关系,并通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差.使用高阶正交多项式拟合法对Pt电阻的非线性进行了补偿,给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验,在不同的温度点,该温度测量系统的最大误差为0.000 6 ℃.系统稳定性测试结果表明,该系统在0～15 ℃时,各温度点控制稳定度均优于0.005 ℃,满足高精度激光测距的需要.     

对测量仪器"示值重复性"评定方法的探讨

“示值重复性”是某些测量仪器的重要精度参数之一 ,它反映测量仪器在同一条件下的随机变化。对不同的测量仪器 ,这一参数具有完全相同的统计学含义。但目前尚未对示值重复性给出一个统一的规范化的评定方法 ,不同的测量仪器的检定规程或标准给出了不同的评定方法 ,因而所作的评定具有很大的随意性。为使示值重复性评定具有一致性和可比性 ,并在测量使用中引用这一参数合成不确定度时具有确定一致的可信度 ,应将示值重复性这一参数视为不确定度分量进行分析和估计 ,给出规范的统一的评定方法。根据统计学原理和有关法规文件 ,将示值重复性作为统计方法估计的 A类分量评定 ,即由测量仪器重复测量数据用 Beseel公式计算标准差 ,按 t分布给出扩展不确定度 ,并给出相应的置信概率和自由度。