漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

基于互相关和改进高斯拟合的光斑中心提取方法

针对差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统 中光斑图像中心提取的问题,在分析用 于系统标定的陶瓷量块和所测量的石油表面光斑图像特征的基础上,采用互相关与改进型高 斯拟合的算法对光斑中心进行提取。算法首先采用标准高斯图像模板与光斑图像进行互相 关,得到了保留图像特征且光顺的光斑图像;然后,利用上下边沿信息进行高斯计算的改进 型高斯拟合方法进行光斑图像拟合,由拟合得到的高斯图像参数计算出光斑中心坐标。通过 本算法与目前已有的平方加权质心法、高斯拟合法、改进型高斯拟合法和互相关高斯拟合法 对图像光斑中心提取结果的比较与分析,得出互相关和改进高斯拟合相结合的方法在光斑提 取重复性精度,以及使用本算法对陶瓷量块厚度测量精度均好于其它方法,并对石油表 面图像进行了中心提取实验。结果表明,本文算法适合于差分激光三角法海面溢油油膜厚度 测量系统的光斑提取。     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.     

高功率激光阵列探测器中光强分布复原方法

根据激光大气传输特性及衍射理论,提出一种对阵列探测器中相邻探测单元测量值之间进行插值的新方法——"高斯"插值法,并且对该方法获得的远场光强分布与"马赛克"及"线性"插值方法获得的光强分布进行了比较。结果表明:当焦平面处83.9%和63.2%环围能量半径上具有相同的探测单元时,"高斯"插值方法比其他两种方法复原的光强分布更为接近原始光斑的光强分布,其中"马赛克"方法复原的光强分布与原始的光强分布相比偏差较大。另外,从光斑大小考虑,"高斯"插值法也能够较好地复原出远场的空间光强分布。     

激光光斑测量系统的电路设计与实现

为了直接测量远场激光光斑,设计开发了一套基于热释电探测器阵列靶的激光光斑测量系统。针对热释电探测器噪声特性,将探测器响应信号通过前置放大、增益放大、峰值保持、A/D采集等电路处理,最后由主控计算机存储光斑信息,并对光斑图像进行分析处理。通过实际的远场激光测试实验,验证了该设计能够有效测量远场激光光斑。     

远场激光光斑探测与图像能量分布显示

在外场试验中,远场激光光斑探测和光斑图像能量分布是试验测试难点,针对这两个问题提出了全新的光斑探测手段和图像显示方法。通过对光斑探测技术研究,根据不同的应用背景要求,提出了全新的外触发同步光斑探测控制方式,来提高对光斑图像的测量精度和激光照射器的目标指向精度。在光斑图像显示方面,通过对光斑图像处理技术研究,进一步提高对图像参数解算和光斑图像的三维能量分布显示能力,为激光照射器光束质量分析提供参考。     

复合式激光远场光斑分布定量测量技术研究

激光远场光斑分布测量是研究高功率激光大气传输效应的有效方法,同时也是评估强激光武器作战效能的重要手段。设计了一种基于摄像和阵列探测相结合的复合测量方法,实现了强激光远场光斑时空分布的定量测量。该系统可用于波长为(1064±10)nm、功率密度动态范围为2～5000 W/cm2激光的远场光斑分布测量。     

一维相干阵半导体激光光束远场特性研究

研究了一维相干阵半导体激光器在远场的光束传输特性.通过建立数学物理模型,模拟计算了一维相干阵激光器的激光光束在远场的光强分布,分析了阵列长度、波长和占空比对不同距离处相干阵远场快慢轴方向光斑宽度的影响.研究表明,受一维相干阵半导体激光慢轴方向子光源相干作用的影响,在远场,相干阵半导体激光器的慢轴方向光斑宽度与快轴方向宽度相比,相差约4个数量级,激光光斑呈现"刀片"状分布.     

远场激光光斑图像处理方法研究

常用的基于高斯光束特性的激光光斑图像处理算法,处理远场光斑图像会丢失部分能量较低的光斑数据,致使处理出的光斑能量密度低端精度不能达到0.01J/cm2的需求。为了得到更精确的远场激光光斑数据信息,提出了基于噪声特性的激光光斑图像自动阈值处理算法。该算法在分析系统噪声特性的基础上,依据3原则确定图像提取阈值进行光斑图像处理。通过试验验证了该算法既能够有效抑制系统噪声,又能够改善光斑图像的处理质量,恢复光斑图像丢失的数据信息,使光斑能量密度低端达到探测需求。结果表明,基于噪声特性的光斑图像处理算法能够有效提高远场激光光斑的处理精度,更适用于远场激光光斑图像的处理。     

基于单片机的激光远场光斑直接测量系统

激光远场光斑测量对描述激光束的远场性能,评价激光器以及系统的实际工作性能具有重要意义,通过比较激光光斑远场直接测量与间接测量的优缺点,提出使用单片机控制的探测器阵列进行远场光斑直接测量．描述了系统结构,分析了关键技术,给出了主要程序的框图．该系统能够测量激光光斑大小、形状、总能量、能量分布、重心、束散角等参数,可适用于多种重复频率的激光器,测量面积大、精度高,实时性好,为激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效手段。     

基于FPGA的光纤光斑中心定位算法研究

为了解决传统数字图像处理算法中数据运算量大、复杂度高、耗时长的问题,提出一种基于可编程门阵列（FPGA）光纤光斑中心定位的方法。采用数字信号处理系统,利用开发工具（DSP builder）,设计了光斑图像预处理算法和边缘检测算法,用最小二乘法拟合光斑边界,采用流水线设计,增强了数据处理的并行能力,提高了处理速度。在Cyclone V平台上进行理论分析和实验验证,取得了光斑图像边界、中心坐标数据。结果表明,在保证对光斑中心定位的绝对误差小于0.1pixel的条件下,使用FPGA比计算机运算速度能提高21倍以上。该研究能够在FPGA平台上快速准确定位光斑中心。     

非均匀采样光电编码器莫尔条纹信号分析方法

为实现高精度光电编码器非匀速转动时动态细分误差的检测,提出了一种基于非均匀采样的莫尔条纹光电信号分析方法.首先,利用曲线拟合的最小二乘法将采集到的编码器非均匀信号数据重构出真实的信号波形.然后,根据离散傅里叶变换算法分析重构信号,同时推导出信号的频率、幅值和相位的计算表达式,运用软件仿真评估算法可行性.最后,采用该方法对某21位绝对式光电轴角编码器精码信号进行分析,根据信号参数与细分误差的关系获得动态细分误差,其细分极值误差为+2.41"和-3.08".实验结果表明,该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实的反应了莫尔条纹信号质量,在编码器非匀速转动时,可有效地测量动态细分误差,为实际工作现场编码器精度误差的实时检测奠定了基础.     

高精度光电编码器莫尔条纹信号质量分析方法

针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响,提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实地反应了莫尔条纹信号质量,提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时,采集相位差为/2 的两路精码正弦光电信号,通过对采样信号的重构得到信号波形,利用离散傅里叶变换算法分析重构波形,求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后,根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值,并进行了实验验证。实验结果表明,对某24 位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量,细分误差的峰值为+0.48和-0.21。相对于传统的细分误差测量方法,此方法测量速度快,测量精度高,适用于工作现场。     

基于光斑位置的起重机轨道高度差自动检测方法

针对目前起重机轨道自动检测技术无法满足轨道检测要求的问题,文中提出基于光斑位置的起重机轨道高度差自动检测方法.在轨道两侧分别放置激光发射器与成像板,激光经过传输,投射在成像板上形成光斑图像.对光斑图像灰度分布进行修整,增强图像清晰度与灰度分布差异.利用改进二维Otsu算法准确分割光斑图像,提取光斑边缘进行圆拟合.计算边...     

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。     

激光制导武器目标光斑检测系统设计与实现

为了实现激光制导武器目标光斑检测系统对远距离的来袭激光光斑的捕获与定位,采用机器视觉检测技术设计并实现全数字化、实时、高精度的激光检测系统。系统针对CMOS探测器采集到的激光光斑图像,采用硬件实现改进的快速二维中值滤波算法进行图像滤波处理,最大类间方差算法进行灰度图像阈值分割,灰度重心法进行中心提取,实现了精确中心定位。实验验证和误差分析表明,该系统具有很强的抗干扰性及精确的坐标定位,坐标误差在1mm以内。     

一种改进的二维Hough变换提取激光光斑参数方法

文章提出了一种改进的二维Hough变换提取激光光斑参数的方法。根据不共线三点决定一个圆的原理,利用目标图像任一边缘点的梯度方向信息,按规则选取目标边缘上的其它两个点,将三个边缘点作为一组数据,求解圆形目标的方程。对参数空间中的二维矩阵数组投票,得到圆形目标的中心坐标。对归一化半径直方图进行滤波,求得圆形目标的半径。将该算法运用于实际探测到的激光光斑图像,在运行时间及定位目标图像的准确度上都取得了较好的结果。     

一种改进的线性图像插值算法

针对传统的双线性插值法在对图像进行插值后会不可避免的产生边缘模糊的问题,提出了一种改进的线性插值法,该算法首先把待插值点分为三类,然后分别选取合适的已知点进行插值。通过对经典图像lena和pepper进行插值的实验结果表明,该算法的插值效果与双立方法相当,但计算量远远小于双立方,能有效的保持图像边缘信息,提高了图像质量。     

基于双三次插值算法的图像缩放引擎的设计

文章提出了一种基于双三次插值算法的缩放引擎有效的设计方法,并通过FPGA验证表明该设计方法切实可行。首先介绍了双三次插值算法的基本原理,接着提出了缩放引擎的系统结构,并系统地论述了放大单元的实现及高效的滤波器设计。最终,在Virtex2系列FPGA上实现了该图像缩放引擎。结果表明该设计能有效应用于图像的缩放处理,且图像缩放效果明显提高。     

基于图像处理技术的光斑质心高精度测量

针对传统的光斑质心测量方法子孔径窗口内远离光斑的噪声对一阶矩质心算法的影响,本文提出一种利用图像处理技术提高光斑质心探测精度的新方法。在哈特曼-夏克（H-S）波前传感器测得的光斑阵列图像中,采用自适应阈值方法优化每个子孔径的探测窗口,使探测窗口和光斑分布区域最佳匹配;然后在探测窗口内,采用线性插值方法提高图像的分辨率。...