基于最优弧的激光光斑中心检测算法

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术,广泛应用在光学测量系统、光路自动准直系统、激光通信目标跟踪中。为了提高光斑中心及半径的检测精度和抗干扰性,提出了一种基于最优弧的激光光斑中心检测算法,该算法首先根据圆的对称性排除了受干扰边缘,然后选取对称性好的弧线作为最优弧,最后以最优弧的数据作为拟合数据,利用最小二乘法计算出圆的中心及半径,并与其他算法进行了比较。实验表明,该算法对于中心和半径的定位精度高、计算速度快,并有效地提高了中心检测的抗干扰性,适用于在线实时检测。     

基于圆定位算法的远场激光光斑中心测量

激光光束中心位置的测量精度直接决定了激光武器的作战效能,由于激光武器都是远距离作战,传统激光光斑中心位置测量算法对远距离激光光斑中心的检测都存在一定的不足;在对传统激光光斑中心位置计算方法实际应用局限性进行研究的基础上,提出了圆定位算法确定激光光斑中心位置的方法,通过试验验证了该算法的有效性,并将该算法成功运用于实际的远场激光光斑测量设备中。     

基于圆拟合的非完整圆激光光斑中心检测算法

为了确定非均匀、非完整圆小孔激光光斑的精确中心,提出一种基于圆拟合的非完整圆小孔激光光斑中心检测新方法.该方法通过灰度形态学算法对激光光斑进行阈值分割,从水平和垂直两个方向检测粗略的激光光斑边缘,利用边界生长法消除比较短的圆弧和孤立的边缘点,通过反复迭代拟合获得最佳的圆轮廓并拟合出最终的标准圆.实验结果表明本方法精度明显优于传统的大型激光装置自动准直系统中的重心法,完全满足了该系统中对于非均匀、非完整圆小孔激光光斑中心求取的精度要求.     

激光基准成像测量光斑图像的亚像素检测算法

在激光基准下基于CCD成像身管轴线直线度测量系统中,对激光光斑图像的高精度检测和定位是影响系统测量精度的一个重要因素.为了提高激光光斑图像的检测和定位精度,提出了一种Sobel-Guass拟合算子的激光光斑亚像素边缘检测方法,同时结合最小二乘迭代圆拟合法设计了光斑中心的高精度定位.即:首先用Sobel算子细化边缘,进而在梯度方向上进行高斯函数拟合插值,进一步提高图像边缘位置的检测精度,最后经最小二乘圆迭代拟合后得到激光光斑的亚像素级几何参数,从而使测量系统的精度提高一个数量级.实验结果表明:像素细分后对像素点的定位精度可以达到0.1个像素,亚像素边缘对标志中心的定位精度优于0.03像素.     

基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法

热物理激光光斑位置定位能够提高测量精度，设计一个基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法。分析激光图像的高斯分布情况，采用高斯函数描述脉冲激光，判定激光光斑空间分布形式，选择一个合适的阈值，对误差补偿，对光斑边缘检测，采用最小二乘圆的拟合准则对圆心拟合，采用圆来逼近激光光斑的轮廓，确定圆的中心点，实现基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位。实验结果表明，在主观分析与客观分析上，所提出的定位方法偏差都较小，能够准确获得激光光斑的中心位置，并且，在不同信噪比下，所提出的定位方法定位误差都较小，满足方法的设计需求。     

激光化学气相沉积石墨烯聚焦光斑测量研究

激光化学气相沉积(Laser Chemical Vapor Deposition,LCVD)石墨烯制备受聚焦光斑影响很大。实时检测光斑,可实现石墨烯LCVD法可控制备。设计聚焦光斑测量光学系统,提出一种基于圆拟合的改进算法检测光斑中心和半径,计算、标定光斑面积。该方法在圆拟合基础上加入了二值化、形态学处理及连通性判别等预处理方法。实验表明,该方法测得圆心位置与真值误差平均为5.58 pixel,光斑面积与真值误差平均为1.93×10-9 m2,优于传统的重心法和霍夫检测法,具有较快的计算速度和检测精度,可实现LCVD法制备石墨烯实验中聚焦光斑的非接触式测量,且对其他激光加工工艺的质量控制有借鉴意义。     

激光光斑中心定位方法的研究与改进

为了更精确有效地测量某检测系统下激光光斑的中心位置和半径,提出了一种基于LabVIEW视觉处理模块中Vision Assistant的激光光斑中心定位方法。在Matlab环境下,对CCD采集到的激光光斑图像预处理后用理论上可行的3种常见光斑中心定位算法分别进行仿真并做了对比实验,如Houng变换与自身改进方案对比,圆拟合算法不同算子之间的对比以及空间矩定位法的二次细化对比,从而对3种定位算法做出利弊分析。最后对光斑中心定位方法做出随机设置不同ROI多次测量取平均值的实用化新方法。仿真结果表明,该方法能够快速、准确地得到光斑中心位置和半径值,并且测量精度可达小数点后两位。     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

激光三角法高精度测量模型

为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10 m内。     

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。     

光固化快速成形中激光液位检测系统的设计

针对光固化成形系统对树脂液位检测的精度要求,提出了一种基于位置传感器(PSD)技术的激光液位检测方法,该方法采用红光半导体激光器为检测光源,利用激光三角测量原理,通过获取激光光斑在PSD表面的位置变化来检测液位的变化.实践表明,基于该方法设计的液位检测系统能够实现液位的在线自动检测,检测精度达到0.01mm.     

基于FPGA的红外光斑中心实时检测

红外光斑中心检测在红外自动验光仪、红外测距仪等光学测量和检测仪器中是一项关键技术,检测算法的精度、速度直接影响光学测量的精度及速度。目前的检测处理系统多是基于PC机的,存在着实时性、稳定性问题。在总结各种检测算法的基础上,基于重心法使用FPGA实现了低信噪比红外光斑中心的实时检测。在实验电路中,先使用视频解码芯片SAA7113将模拟CCD视频信号转化为CCIR656格式数字信号;再在FPGA内部使用流水线结构进行直方图计算,计算阈值,二值化图像,五次二值图像收缩,五次二值图像膨胀处理以去除噪声,然后计算重心坐标。实验电路对红外自动验光仪中产生的视网膜反射红外光斑PAL制式视频图像信号能在1／25s完成一幅图像的检测。而普通PC完成同一过程需要1S左右。文章介绍了基于FPGA实现方案。     

激光多周期测距方法

介绍了脉冲激光测距的工作原理，分析了脉冲激光测距存在的问题。在此基础上提出了激光多周期测距方法，即用接收到的回波信号驱动发射激光主波脉冲，从而形成振荡，通过测量多个周期内的时间积累后取平均而计算距离的一种方法。阐述该方法的基本工作原理，并就提高测量精度的方法和影响因素进行了分析。给出了实现该方法的系统组成框图，分析了提高其精度的关键技术，实验证明该方法是一种成本低，测量速度快，精度高的短距离测距新方法。     

激光光斑质量对基于PSD的激光三角法长时间连续测量精度的影响

为了提高半导体激光器-位置敏感器件(LD-PSD)激光三角法测距、测厚系统的测量精度,对半导体激光器的光斑质量进行了研究。用不同功率的半导体激光器做静态测距实验,结果表明,在长时间连续测量中,激光光斑重心的漂移增大了系统的测量误差。光斑重心漂移主要是由光斑的高频噪声和光斑整体偏移造成的。针对这两方面因素设计了基于针孔滤波和棱镜分束的能够提高激光光斑质量的光学系统,并用CODEV软件进行了优化与仿真。将所设计的光学系统加入到测距仪中重新进行静态测距实验,结果表明,改善后的系统精确度由25μm提高到8μm,使得基于位置敏感器件的激光三角法测距、测厚系统在长时间连续工作时也能保持较高的测量精度。     

脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析

在脉冲激光测距时间间隔测量系统中，传统的数字时钟计数法受限于计数时钟的频率，测量精度不高。由于模拟插入法具有测量范围大、线性好、测量精度高的优点，广泛应用于脉冲激光测距时间间隔测量系统中。介绍了模拟插入法时间间隔测量的原理，设计了其测量系统及相应的测试电路。利用该系统进行了实验研究，达到了100ps的时间间隔测量精度，对应于1．5cm的测距精度。最后，进行了测量误差分析。     

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。     

大气激光通信机的光学模型和物理实现研究

将光学理论应用到大气激光通信机设计中,提炼出大气激光通信机的发射和探测过程的光学理论模型,提炼推证了半导体激光器远场发射、准直发射和接收透镜探测损耗的公式,提炼推证了准直激光焦面探测爱里斑公式及对应的质心运算和质心评价公式。设计了和上述推证相关的光学天线和分光镜等。设计了光学天线分辨率、CCD捕获分辨率、通信分辨率、伺服系统分辨率等和系统精度相关的参数。