激光同步扫描三角测距成像系统的理论分析

本文介绍了激光同步扫描三角测距成像系统的基本原理和特点,从理论上推出了一般意义的轨迹圆方程,并得出系统所能测量的最大和最小范围,确定了横向测量范围、系统景深、系统分辨率等系统性能与系统参数的关系。在分析系统参数对分辨率和系统测量范围的影响后,本文给出了一些系统设计的建议。     

激光同步扫描三角测距成像系统的设计

提供了三维面菜测量系统设计的实例，其中包括各反射镜尺寸设计；电动机及A/D转换卡的选择；扫描范围、扫描行数和列数、帧频和分辨率的确定。最后给出了控制步进电动机和A/D转换卡的电路原理图。     

融合LIDAR 的激光同步扫描三角测量系统的设计

为了实现对远近距离的物体进行三维测量,扩大系统的测量范围,建立了融合LIDAR的激光同步扫描三角测量系统。对该系统的原理、系统设计及器件选型进行研究。首先,根据同步扫描机制,在普通三角测量的基础上融合LIDAR技术,并推导出三维点的计算公式。接着,根据系统设计要求,介绍了激光器、接收透镜、反射镜、二向色镜、扫描伺服电机、LIDAR接收器以及相机的选型等。然后,根据选型的结果,设计机械结构。最后,通过Zemax对搭建的光学系统进行光路仿真,验证原理的可行性;并在现实环境中,对APD的回光量进行测试以及对实际物体进行扫描并获得三维点云。实验结果表明,该系统的设计是可行的。     

同步扫描水下激光成像系统的蒙特卡洛仿真及优化

针对水下激光同步扫描三角测距成像系统受水介质散射和吸收影响导致作用距离减小、目标反射点图像质量变差等问题,从辐射传输理论出发,采用蒙特卡洛方法建立水下激光传输的随机模型,利用TracePro软件进行光线追迹仿真,得到反射点图像相对散射光背景的对比度。探讨了目标距离、激光光强、基线距离、物镜口径等改变对对比度的影响关系,从而对水下激光同步扫描三角测距成像系统参数作了优化设计。最后从系统实际情况和需要出发,确定激光光强1 W,基线距离250 mm,成像物镜50 mm/F2,确保在7.5 m距离范围内,有较好的目标反射点图像对比度,从而保证了同步扫描三角测距原理的实施。     

几种工作模式的微扫描成像系统的理论建模和仿真

在分析微扫描技术成像过程的基础上 ,利用象素传递函数 (PTF)对 1× 1、2× 2、3× 3和 4× 4这几种工作模式的微扫描系统进行了成像理论建模和计算机仿真 .最后对仿真结果进行了分析和讨论     

线扫描视觉检测系统机械—成像综合误差建模

针对线扫描视觉检测系统精度易受机械结构误差影响且具体影响机制不明确的问题,建立并分析了机械误差对系统成像误差影响的数学模型。基于多体运动学与齐次坐标变换理论推导了线扫描视觉检测系统机械系统误差传递模型,并结合线扫描成像特点建立了系统误差综合模型,阐明了机械误差与系统输出图像误差间的对应关系。利用多元函数全微分方法对模型进行了误差灵敏度分析,明确了对系统输出图像x、y两个维度误差影响显著的误差源。针对实际线扫描视觉检测系统进行了误差源验证实验,实验结果表明:所建立的系统误差综合模型可以准确识别出对线扫描视觉检测系统输出图像影响最大的关键误差源;模型对于关键误差源在不同位置灵敏度数值预测与实际偏差不超过2.38%,可以实现对系统关键误差源灵敏度的准确预测。     

地球同步扫描成像吸收光谱仪的要求、设计原理和性能

大气科学所面临的重大问题之一是如何估计和了解自然的和人为的污染对局部、地区和大陆范围内生物质量的影响并对这种影响进行量化。要想了解地区污染在大陆范围内的影响,必须把每天的时间量程与季节和年时间量程联系起来,同时也必须把局部空间与地区和大陆空间范围联系起来。这就要求人们每时每刻都以适当的横向分辨率和垂直方向分辨率对这种污染进行监测。用像TOMS和GOME那样的仪器从低地球轨道平台上对对流层进行观测,这已经证明了探测与空气质量有关的大气成分的可能性。但是,这些仪器在每天的重访时间和对局部云层的统计方面受到了限制。从地球同步轨道上进行测量,这是以适当的横向分辨率从空间观测每日变化的一种实用方法。因此,有人提出了地球同步对流层污染探测仪（GeoTROPE）任务。这种探测仪由两台仪器构成,基中一台是覆盖热红外波段的地球同步傅里叶成像光谱仪（GeoFIS）,另一台是覆盖紫外、可见光和短波红外（UV—VIS—SWIR）谱区的地球同步扫描成像吸收光谱仪（GeoSCIA）。本文简述通过用紫外一可见光一短波红外成像光谱仪测量背散射太阳辐射从地球同步轨道进行对流层遥感的可能性和可行性。GeoSCIA是一台采用二维CCD列阵进行光谱成像和空间成像的中分辨率成像光栅光谱仪。本文对该仪器的要求、设计原理和性能作了介绍,并估计了对流层成分的提取精度。阳光背散射测量结果与GeoFIS的热红外测量结果的综合分析表明,把这些谱区中的观测结果结合起来可以更高的精度测量低至边界层或者云顶高度处的有关成分的浓度。     

线阵激光雷达同步扫描系统的设计

为了实现线阵激光雷达的同步动态扫描,提出了一种提出对PIN光电二极管的输出基准信号进行电平转换驱动旋转平台,从而对三维景物实现推扫的方法。介绍了系统的硬件组成,设计了电平转换驱动电路,阐述了同步扫描系统的原理。实验表明,系统的结构紧凑,运行可靠,能在整个圆周范围内进行扫描,测量的精度高达。     

微透镜阵列扫描成像系统的衍射分析与研究

微透镜阵列是微光学元件典型器件之一,广泛的应用于光束整形、精密测量、光学成像等场景。本文研究了微透镜阵列扫描成像系统的工作机理,并重点分析了影响成像质量的光场衍射效应和杂散光串扰,完成了微透镜阵列扫描成像系统衍射效应的推导与仿真,揭示了衍射效应与焦距及子单元孔径之间的关系,为微透镜阵列扫描成像系统的实际应用提供了导向,并为微透镜阵列的光束控制应用提供理论支撑,为微透镜阵列的建模、设计等提供依据。     

激光扫描共焦荧光显微系统研究

讨论了激光扫描共焦荧光显微系统的光学设计问题,成象机理,参数确定及其设计关键,介绍了高精度光学扫描器件的设计方法及实现荧光共焦成象中成象器件的优化设计.     

近红外荧光扫描用共聚焦光学系统设计

为了实现近红外荧光的高分辨率扫描,设计了用于近红外荧光扫描的激光共聚焦光学系统。采用复消色差显微物镜结构设计了物镜,采用凹凸双透镜结构设计了点光源光路和照明光路,采用柯克物镜结构设计了发射光路,并采用ZEMAX软件进行了光学设计和仿真。实验表明：物镜的数值孔径为0.42;点光源光路的焦点弥散斑小于0.2 μm,将圆形光斑激光很好地转换成了点光源,其离焦弥散斑的直径小于40 μm,满足照明针孔的尺寸要求;照明光路的焦点弥散斑小于1 μm,且焦点弥散斑的能量在2 μm范围内超过了83%,因此焦点光斑的能量集中度很高;发射光路的离焦弥散斑的直径小于100 μm,满足照明针孔的尺寸要求;同时照明光路和发射光路都具有较高的光学传输效率。该激光共聚焦光学系统具有数值孔径较大、工作于近红外光谱区、分辨率高的优点。     

扫描型星载光电探测器激光干扰建模与仿真

激光干扰是目前对抗光电探测器的重要手段之一。从激光对光电探测器的干扰机理出发,研究了激光远场光斑大小,探测器表面激光覆盖面积,改进了扫描型星载光电探测器激光入瞳模型。为辐照到探测器光敏面的激光功率密度建立了模型,并以1.06μm激光辐照HgCdTe红外探测器为例,通过仿真计算,证明了星载低功率激光器对星载光电探测器干扰的可行性。     

利用相位闪耀光栅的光学相控阵扫描性能分析

针对透射型和反射型光学相控阵器件,分别进行扫描衍射效率和扫描角精度的理论及仿真研究。首先,以阶梯相位闪耀光栅为理论模型,推导了光学相控阵器件的扫描衍射效率及扫描角精度的表达式;其次,以器件的实际特性对表达式进行修正,给出了近似实际情况的扫描性能表达式;最后,在假设的器件参数条件下,对0°入射透射型器件和45°入射反射型器件的扫描性能进行了仿真分析。仿真结果表明:两种器件的扫描衍射效率与扫描角精度都随扫描角的增大而加速下降;透射型器件的扫描衍射效率和扫描角精度关于阵面法线对称分布,而反射型器件关于45°出射角不对称。最后还讨论了激光线宽对扫描角精度的影响,说明了此影响在10-9°量级。     

大口径动态扫描反射镜背部悬浮支撑结构设计

为了消除自重和热应力对大口径平面反射镜面形精度的影响,采用有限元分析方法,对比分析了在-20℃环境温度下采用背部固定约束与背部浮动约束获得的反射镜面形仿真数据,设计了动态扫描反射镜背部悬浮支撑结构以实现浮动约束,搭建了检测平台,并进行了大口径平面反射镜面形检测。结果表明,安装该支撑结构后反射镜的面形峰谷值为0.236,平均值为0.049。背部悬浮支撑结构实现了浮动约束,释放了大口径平面反射镜因自重和热应力造成的变形,有效保证了面形精度。     

五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

五棱镜扫描检测具有结构简单、检测周期短等优点,可以实现大口径平面镜低阶像差的高精度检测,是指导大口径平面镜光学加工过程的一种有效途径。为使大口径平面镜检测系统中的五棱镜扫描技术更加完善,通过理论分析和计算模拟,对五棱镜检测系统中的主要误差源,包括五棱镜制造误差、温度梯度的影响、元件位置误差、光束定位误差、自准直仪测量误差等进行研究,形成了比较完善的误差分析的数理结果。计算结果表明,在当前实验室技术条件下,五棱镜扫描检测系统在单个测量点处的测量不确定度达到230 nrad,其中影响五棱镜检测系统测量精度的主要因素为自准直仪的测量精度与温度的影响。研究结果给出了工程实际中提高五棱镜扫描系统检测精度与减小测量误差的注意事项,并可用于指导系统设计时的误差分析及精度分配。     

光控伺服系统建立、建模与仿真

介绍了一种具有抗电磁干扰,信息传输快的光控伺服系统的组成,并详细阐述了此系统关键组成部分——光伺服阀中光驱动器所应用的光致伸缩陶瓷材料(PLZT)的应用原理以及其在阀中具体的实用结构。对光控伺服系统的各个环节进行系统级的建模与仿真分析,讨论其抗电磁干扰能力,比较不同控制方式PLZT光执行机构精度的影响。探讨了光控伺服系统,尤其是光伺服阀光驱动器的实用性以及其有待解决的问题。     

空载光纤数据总线的建模和仿真

根据所提出的一种空载光纤数据总线的拓扑结构,建立了空载光纤数据总线的模型,并利用模型对空载光纤数据总线系统的性能进行了仿真.分析了总线的数据吞吐速率、总线响应时间、端到端延迟和误码率等参数对系统性能的影响,仿真结果将为空载光纤总线系统的设计提供重要的依据.     

离散旋转对称三角法及其应用

针对传统激光三角法在测量孔、 台阶等表面丌连续处易导致精度下降或无法测量。这一问题,本文提出了离散式旋转对称 三角法。首先,基于Scheimpflug条件提出了系统约束模型,建立了光斑点不高度映射 模型;然后,对系统在不同深度情况下的成像特性进行了仿真,分析研究了系统在不同 物体表面、 倾斜和遮挡情况下的性能,验证了本方法在克服方向依赖性上的优势;最后,构建了原 型系统,在机 床上分别进行了单点测量实验和阶梯面测量实验。实验表明,本文系统具有0.027mm的测量精度,并且不受 阶跃表面遮挡的影响,有效测量了阶梯角落区域,相对于接触式测量,具有更广泛的测量区 域。     

反射式光纤束位移传感器的建模与仿真

系统地建立了具有普遍适用性的反射式光纤束传感器的理论模型。对于小数目光纤组成的光纤束,通过建立60°角坐标系来分析不同排列形式的光纤束,建立了离散式通用模型;对于大数目光纤组成的光纤束,通过引入轴间距分布密度参量,建立了积分式通用模型;进而给出了组合式光纤束传感器的模型。对常用的几种排列形式的光纤束进行了计算机仿真和分析,并与测量值进行了比对。结果表明,该模型准确有效。