刀口法检测光学元件面形的数值模拟研究

传统刀口仪检测光学元件面形具有设备简单、非接触性测量等优点,但传统刀口仪只能定性评价面形质量,且人为因素较大。在传统刀口检测原理的基础上,建立了面形缺陷与阴影图相对应关系的数学模型。为了验证该模型的正确性,对口径150mm的凹透镜进行了数值模拟研究。设置模拟的缺陷参数,利用建立的数学模型得到对应的阴影图;用波像差理论对该阴影图进行分析处理,得到该元件的面形缺陷;将分析得到的缺陷参数与预先设置的面形缺陷进行比较,二者吻合很好。     

成像型激光探测系统中光斑精确定位方法研究

为了在探测图像中实现对激光光斑的精确定位,进而达到系统对激光光源精确定向的目的,引入了亚像素检测的算法.并针对小同大小的光斑分别采用了重心法和基于空问矩的综介检测方法.进行了理论分析和实验验证.取得了小同光强下光斑坐标均值和均方差数据。结果表明.这种方法在扩展检测动态范围的基础上可以使激光光斑定位精度达到在0.2个像素以内。这一结果对保证系统对激光源的精确定向是有帮助的。     

太阳光斑质心位置检测算法的研究

为了满足对太阳光斑质心位置精确检测的要求,本文提出了一种基于迭代阈值的圆拟合太阳光斑中心检测算法。首先采用迭代阈值法计算光斑图像分割的最佳阈值,截取光斑特征点成像区域的同时有效地降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能;然后用最小二乘圆拟合中心算法精确计算光斑中心位置坐标,来提高太阳光斑质心位置检测的精度。理论分析和仿真结果表明该算法是一种实用的精确检测算法,提高了偏移检测系统的精度要求。     

在多束激光混合分布下其图像定位各光斑质心位置的方法研究

激光光斑图像的质心提取是探测器确定激光方位的重要环节,对于获取激光方位角有重要的意义.传统上的灰度重心法、高斯拟合法以及椭圆拟合法三种激光光斑质心的提取方法都无法解决激光光斑图像上出现多个激光时其各个质心的提取问题.基于此缺点本文提出一种基于EM算法,求解二维图像中多个混合高斯分布中分辨质心分布的方法.采用CCD(Ch...     

光学非球面面形轮廓检测技术

随着科技的进步,尖端产品和先进光电系统对光学系统的成像质量要求越来越高,光学非球面元件能有效地校正像差、减少系统所需光学元件数量、减轻系统重量,因此被广泛应用。其特殊的面形特征决定了它的加工和检测相对于球面更加困难,而检测精度直接决定了加工精度,非球面检测技术的重要性显而易见。根据测量原理对光学非球面的检测技术进行了概述;根据目前直接面形轮廓法在光学非球面的加工中应用最广的情况,结合最新检测手段,重点介绍了非球面直接面形轮廓法测量技术;并介绍了近年来日益受到人们关注的自由曲面及面形轮廓法在自由曲面检测的应用;最后总结了光学非球面检测技术的现状和发展趋势。     

全向激光探测系统中光斑精确定位方法研究

介绍了全向激光探测系统的成像特点,引入了两种亚像素激光光斑中心定位算法——灰度重心法和椭圆拟合法,并对两种算法进行了理论分析和实验验证,得到了不同光斑大小下光斑定位坐标均值和标准差数据,数据显示:灰度重心法和椭圆拟合法分别在光斑较小和较大时具有较高的定位精度。鉴于此,为提高系统定位精度,提出针对不同大小光斑分别使用灰度重心法和椭圆拟合法的综合定位方法,由实验数据可知,综合方法可以保证定位精度在0.15个像素以下,这有助于后续对激光源精确定向工作的开展。     

空间光通信中激光光斑检测与特性分析

在空间光通信中,通信光要通过大气随机信道进行传输,但光的传输受到大气湍流的严重影响.故光传输方式的优劣直接影响着空间光通信质量的好坏,所以,为减少大气湍流对通信光的影响,将通信光调制为圆偏振光进行传输.为了证明圆偏振光在空间光通信传输中具有降低通信噪声的优越性,开展了一组验证实验(以下简称偏振降噪实验).给出了在激光偏振降噪实验中,识别光斑并对光斑参数进行分析的一套方案:首先利用减背景法对图像进行预处理,消除静态背景的影响,然后结合局部动态阈值分割,轮廓提取及筛选的方法,检测并识别信标光斑,最后对采用圆偏振光传榆前后光斑的平均亮度、背景的平均亮度以及光斑图像对比度进行计算与比较.从而从图像处理技术的角度验证了,圆偏振光在空间光通信过程中可以有效地提高信噪比和通信质量.本方案满足了偏振降噪实验实时性的要求,且有效实用.     

基于Fisher准则的Otsu法在光斑中心定位中的应用

激光光斑中心检测广泛应用于基于视觉的形变量测系统中,故其检测算法的优劣直接影响系统量测精度。现有的光斑定位算法存在定位精度低,抗干扰能力差等问题,为了实现光斑的高精度定位,提出一种改进的激光光斑中心定位算法。该方法通过将Fisher准则函数应用于Otsu法对光斑图像进行阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。实验表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心定位误差降低了40 %以上。     

利用三坐标测量仪拼接检测大口径非球面面形

为了利用三坐标测量仪实现对大口径非球面面形的检测,提出了大口径非球面面形三坐标拼接测试方法。对该方法的基本原理与具体的实现流程进行了分析和研究,并基于初级像差理论和最小二乘拟合建立了三坐标拼接检验大口径非球面综合优化数学模型。结合实例,对一口径为1 200 mm434 mm的长条形SiC离轴非球面反射镜进行了两个子孔径的三坐标拼接检测,并将拼接测试结果与非球面全口径轮廓检测结果进行了比对,其PV值和RMS值的偏差分别仅为0.073 m和0.042 m;两种方法面形残差的PV值和RMS值分别为0.325 m和0.055 m。     

玻璃测厚系统中激光双光斑中心定位方法

双激光光斑中心定位是利用半导体激光和CCD组成的玻璃厚度测量系统中的重要步骤。双光斑中心测量中由于光斑之间相互干扰,易导致光斑分布不均匀和杂散斑干扰严重等问题。传统的定位算法应用在玻璃测厚系统中均存在精度较低、抗干扰能力差等缺点。提出一种基于高斯拟合法的改进算法。首先采用二维零均值高斯函数进行平滑滤波;然后利用高斯拟合法对光斑进行拟合,以获得表征光斑理想光强分布的高斯函数;最后根据理想光强分布将杂散斑滤除后再进行高斯拟合求得光斑中心坐标。仿真实验结果表明此方法可以提高中心定位的精确度和抗干扰能力,使定位误差小于0.1个像素。     

大口径光学薄膜激光预处理系统缺陷检测控制

大口径光学薄膜激光预处理系统是通过确定大口径光学薄膜的缺陷分布,对大口径光学薄膜的缺陷进行准确地激光修复。为了达到保障系统运行速率与检测精度的目的,采用对缺陷检测部分的运动控制与补偿进行改进的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了在不同运动速度下光栅尺的读数精度、伺服电机的控制精度以及图像采集偏移量的补偿值等数据。结果表明,采用伺服电机控制运动并结合硬件通过指定点比较函数控制采图点的方式保证系统在高速运动(20mm/s)情况下,对系统进行多次运动校正和适当的运动补偿,可以提高大口径光学薄膜激光预处理系统缺陷检测的精度,从而改善大口径光学薄膜激光预处理的效果。     

大视场激光主动探测系统实验

据实战条件下对狙击手远距离快速搜索的需求,基于猫眼效应理论改进了猫眼目标最大可探测距离模型,并运用MATLAB软件绘制了相关曲线。搭建了可以对猫眼目标进行大视场、远距离快速搜索的激光主动探测系统样机。实验结果表明,系统样机可以实现距离狙击手1 200 m范围内的激光主动探测,并针对普通和复杂背景图像提出了相应算法,提高了捕获图像的视觉效果,实现了基于猫眼目标特征的自动识别。该研究对提高和改进狙击手探测系统的作战效能具有十分重要的意义。     

大型激光系统光路的自动准直

提出利用伺服控制系统调整大型激光系统的光束的思想,由此编排的计算机程序能使激光系统光路自动准直,准直精度达到预期要求.     

四象限激光制导的双光斑探测算法

为了消除干扰光斑对四象限激光导引头的影响,分析了四象限探测器(QPD)经典算法用于双光斑探测的特点,即干扰光斑导致探测器接收能量突变,且双光斑能量中心偏离了没有干扰光斑时的目标光斑能量中心,其偏离量δd由双光斑中心距d和双光斑能量比k决定.在此基础上,提出了四象限激光制导的双光斑探测新算法,由能量突变判断干扰光斑出现的时刻,通过计算每个波门对应的d和k来确定δd,并对双光斑误差信号修正±δd.为了验证新算法,对双光斑的位置误差输出信号进行了数值模拟.结果表明:新算法可实现对目标光斑和干扰光斑的识别,并消除干扰光斑的影响.     

一种可用于激光周视探测的发射光学系统设计

为了改善大功率半导体激光器快轴和慢轴两个方向光束质量极不均衡这一光束特性,基于几何光学的折射原理,经过理论分析和软件模拟实验设计了一套发射光学系统,采用柱面镜改变快轴和慢轴的发散度,使输出光束在子午方向上以窄视场发射,在弧矢方向上覆盖±30°的视场,并加入特殊结构的棱镜混光,得到目标区域内能量分布均匀性大于75%的窄带状光束,能量利用率达80%以上。结果表明,单套发射系统可以完成工作距离15m以内的±30°视场探测,6套发射系统构成360°视场完成周视探测。这一结果对于提高激光主动探测的精度和增大其使用范围是有帮助的。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

激光全息光栅计算机自动测试系统

本文介绍了激光全息光栅计算机自动测试系统结构、光学测量原理及对航空膜盒的测试,并对测试结果进行了讨论,系统已通过技术鉴定。     

几何光探针在表面形貌测量中的应用

本文全面地总结了应用于表面形貌测量中的各种几何光探针方法，概述了这些方法的原理、特性及发展现状，并对各种方法的优越性及存在问题进行了比较。     

Development of three-dimensional profiler for large field micro-surface topography measurement

This paper presents a large field phase-shifting interference microscope for micro-surface topographymeasurement. A PZT is used as the Z-directional phase shifter. The interference microscope is the combination of the infinity tube microscope with the Mirau two-beam interferometer. Two-dimensional precision motorized stage is aligned as the scanning system in theX- and Y-direction to extend the test surface measurement range to 12.5 mm× 12.5 mm. The minimum displacement is 0.039 μm and the overlapped proportion is 0.22. A fast stitching algorithm is proposed based on grid matching. According to the reflectivity of the core and the ferrule, the plate with the transmission/reflectivity ratio of 70/30 is selected to balance the interference intensity. The instrument is proved to be valid by actual measurement of the end surface of an optical fiber connector.     

激光回馈双折射测量系统波片光轴的自动定位

为了解决传统双折射测量系统在调节光学元件的过程中，结构复杂、耗时长且不状态稳定的问题，采用计算偏振跳变曲线中o光和e光低电平占空比的方法，增加了自动旋转波片的功能，优化出一套具有较高工作效率的双折射测量系统。该系统可自动调整波片快轴方向，使其可对准激光器的本征偏振方向，减少了人为判断波片快轴时可能引入的测量误差。结果表明，波片相位延迟的最大偏差为0.65°，标准差降低28%。双折射测量系统的测量精度及稳定性满足工业化生产的要求。