基于线阵CCD传感器的激光标印机自动对焦系统研究

针对工业中使用的标准激光标印机仍使用手动对焦方式,存在离焦量计算不准确、手动对焦随机误差大、对焦时间长等缺陷,基于偏心光束原理,设计一种以TCD1209D线阵CCD传感器为核心的自动对焦系统.建立光斑图像信息与激光标印系统离焦量间的数学关系,设计以DSP控制器为核心的信号处理系统,通过控制器产生CCD驱动脉冲,获取光斑信息经A/D转换器输入DSP控制器并依据函数关系计算得到系统离焦量,进而控制对焦平台实现自动对焦任务.结合实验分别探究光斑图像重心坐标、宽度与离焦量间的函数关系,实验结果显示图像宽度与离焦量可拟合为线性函数关系,其动态对焦范围为±240μm,对焦精度可达4μm,与手动对焦模式相比极大提高对焦精度.     

圆锥外螺纹的线阵CCD非接触检测方法

为了提高圆锥外螺纹尺寸检测的精度并实现自动化测量,提出了基于线阵CCD的非接触测量方法.建立了包括计算机运动控制、图像数据自动采集和尺寸计算的测量系统,该系统通过控制高精度的线阵CCD扫描外圆锥螺纹在平行光场中的投影来获取螺纹图像.针对正投影时螺旋线对螺纹牙的投影产生局部遮挡的现象,通过调整螺纹轴线与光轴的角度消除遮挡,获取完整的螺纹牙投影.1维CCD图像信号经过中值滤波处理后进行一阶差分提取螺纹牙的轮廓点.对螺纹轮廓分段拟合并以亚像素级的轮廓推导出螺纹尺寸的计算公式.实验表明,该系统可以完成各项螺纹参数测量,精度高于5μm,重复性好,易于实现自动化测量.     

高精度经纬仪与CCD相结合的星模拟器星点位置测量系统设计

为实现对星模拟器星点位置的测量,建立了高精度经纬仪与CCD相结合的新测量系统。首先,莱卡TM6100A型高精度经纬仪实现星点搜索和定位,然后利用ZEMAX优化的星点成像光学系统完成经纬仪与ICX618ALA型面阵CCD芯片的光学衔接,通过EP2C8T144C8N型FPGA完成星点图像信息采集、处理和传输的控制,最后利用MATLAB根据平方加权质心算法完成星点提取。根据光学系统像差和星点提取仿真分析,总结了系统的理论误差分析结果。结果表明:该测量系统不受视场限制且星点位置测量误差为4.66',满足测量范围为±12°视场,单星位置误差测量精度优于5'的要求。     

准直LED光斑定位系统设计

针对准直激光在长期工作过程中很难克服的漂移问题,设计了一套准直发光二极管（LED）光斑定位系统。该系统将LED光源发出的光经透镜汇聚进光纤,再经过准直器准直输出,用CCD探测光斑图像,采用多圆拟合法定位光斑位置。将系统与定制的半导体激光器（LD）准直定位系统进行了长期稳定性对比实验。结果表明,所设计的准直的LED光斑定位系统光斑位置漂移量更小,稳定性更高,可以作为高精密光学测量的定位基准光源。     

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°.     

线阵CCD测厚系统改进光斑中心定位算法的研究

CCD探测器的像元大小和测厚系统的定位算法优劣是影响激光测厚系统测量精度的重要因素。针对CCD探测器的像元大小不易改变和算法精度不够的问题,在结合相关法和拟合法的基础上,提出了改进型的算法作为光斑中心亚像素定位算法,并将其应用在激光测厚系统中,以提高激光测厚的精度。研究结果表明,改进定位算法后的激光测厚系统能达到1μm的测量精度。     

长焦距大型CCD相机主点检测方法研究

提出了一种检测长焦距大型CCD相机主点位置变动的新方法。其基本原理是：使用与相机CCD共面的2个检测用小面阵CCD采集光斑,并利用光斑质心算法计算光斑质心相对于检测CCD的位置变动,进而得出相机CCD在像面内的移动情况,最终得到主点位置的变化。该方法结构简单,容易实现,实验验证了此方法的可行性。     

激光准直技术在大孔同轴度测量中的应用

介绍一种用于大孔同轴度测量的激光准直系统 ,该系统主要由单模尾纤半导体激光二极管、面阵CCD探测器、图像卡、以及计算机组成 ;采用重心法计算光斑能量中心位置 ,降低对光斑质量的要求 ;多次采样取平均值以抑制光束随机抖动误差 ;采用单模光纤抑制激光束的角漂移。经实验激光参考线的稳定度达到 1.5×10 - 6 的数量级 ,满足大孔同轴度测量的要求     

线阵CCD薄膜测宽装置关键技术

为100%保证薄膜宽度指标,采用光学成像方法,用线阵CCD作光电接收传感器,以单片机作主控处理器,设计了可用于高精度测量薄膜宽度的装置,对薄膜宽度进行在线非接触高精度测量,经论证取得了较好的测量效果,生产现场精度优于±0.050mm,实验室精度优于±0.040mm.     

四象限传感器用于激光跟踪仪光斑偏移量测量

为了保证激光跟踪仪的跟踪速度和跟踪精度,要求发现目标靶镜运动和反映靶镜位移的四象限传感器信号的处理过程具有快速、准确的动态响应。推导出四象限传感器在对角线算法中的输出信号与光斑偏移量之间的关系为超越函数关系。针对超越函数关系不易快速解算的难题,结合激光光斑的特性,采用了泰勒级数展开算法。使用高精度直角坐标测量机对光斑偏移量测量系统进行了验证实验。实验结果表明:该测量系统实时性好,每秒测量次数达到1 050次;测量精度高,在±400μm测量范围内测量精度可达6μm。该系统可以广泛应用于需要微小位移测量的相关领域。     

基于线阵CCD的大视场二维平面定位系统

为了克服当前交互式电子白板系统技术复杂、定位精度低等缺点,提出一种基于线阵电荷耦合器件（CCD）的大视场二维平面定位系统,该系统由待定位物体、CCD摄像装置和信号处理电路组成.CCD获取待定位物体的信息送入信号处理电路处理,通过坐标变换快速校正CCD光学系统引起的畸变,得到待定位物体的位置.系统定位距离为1 360 mm,二维定位平面大小为1 574 mm×1 260 mm,定位误差小于2 mm,定位精度高于0.2%.搭建了相应的大视场二维平面定位系统.实验结果表明,该系统可实现大角度非接触式二维物体的精确动态定位.     

New LED light source system with uniform illumination for line-scan CCD imaging systems

A system with uniform light reflection in the inner surface within a horizontal 2/3 cylindrical structure for line-scan CCD of the print testing was designed. The design was based on diffuse reflection uniformity of the integrating sphere and requirement of the strip uniform illumination region. This system was called dome light. White light LED array light sources were used for uniform illumination. The LEDs were filtrated to composite array light source based on coefficient of variation of a single LED. The standard white board and SG color checkers were used in the line-scan CCD imaging experiments under the dome light and ordinary illumination light source. The average color difference (ΔE) of SG color checkers in CIELAB space was 2.091 under the dome light and 2.286 under ordinary illumination light source respectively. Experimental results indicate that the dome light can satisfy illumination uniformity and color rendering consistency for line-scan CCD and provide a standard light source for uniform calibration of different cameras.     

结构光三维视觉测量关键技术的研究

结构光作为一种主动式、非接触的三维视觉测量新技术,在逆向工程、质量检测、数字化建模等领域具有无可比拟的优势。为提高结构光视觉测量的精度、自动化程度,在一些关键技术上提出了有效的方法;并设计了基于标志点的数据拼接技术和移动式结构光三维视觉测量系统,扩大了结构光系统的测量范围;最后介绍了测量点云数据后期处理方面的研究成果。     

彩色结构光三维成像技术

提出了一种新颖的基于彩色编码结构光的新型三维成像技术．这种方法以颜色作为物体三维信息的加载和传递工具,以彩色CCD摄像机作为图像获取器件,通过计算机软件处理,对颜色信息进行分析、解码,最终获取物体的三维面形数据．对该系统进行了理论分析,并以人的嘴唇模型为对象进行了具体实验,得到了较满意的结果．     

室内CCD立靶光源能量分布均匀性分析

针对室内CCD立靶测试中对背景光源的光强度和均匀性需求,分析普通二极管和贴片灯珠的发光特性,并以贴片灯珠作为最小发光单元建立了三角形布阵模型,通过数学原理推导出了光源阵列的光能量强度分布函数,分析计算出光源结构参数.试验结果表明,采用本设计的光源提高了背景光成像的均匀性,在室内立靶测试中很大程度的提高了目标与背景的对比度,保证了对目标中心像素坐标提取的可靠性和精度,使得系统测量精度优于10mm.     

半导体激光阵列快轴准直特性

为解决大功率半导体激光阵列快轴准直镜装调缺乏定量研究的问题,利用光线传输矩阵法和CCD成像法,获得其准直后光束的指向和发散角.对比半导体远场特性分析仪测量准直后的残余发散角可知,利用光线传输矩阵法和CCD成像法测量角度,测量误差可以控制在13%以内,CCD成像法可作为调整半导体激光阵列准直的有效监测手段.同时,测试6个自由度上准直镜的位置对快轴准直的影响,分析各轴上准直镜位置的允许偏差量,为全自动装调快轴准直镜的算法优化提供了实验基础.结果表明:快轴准直镜装调对各轴运动精度要求不同,尤其对y轴运动精度要求最高.     

一个基于CCD的同轴度测量仪

介绍了一种新型的同轴度测量仪,该测量仪以激光作为测量的基准轴线,利用CCD-光电耦合器件测量轴孔孔心的位置变化,由计算机采集和处理数据。实践表明:该测量仪精度高,高于三坐标测量机,质量小,使用方便,利于现场应用。     

基于CCD的空间光束投影夹角测量

针对空间光束定位的特殊性,常需要进行非接触光学测量,设计了一种基于电荷耦合器件（CCD）的空间光束投影夹角测量方法,采用多圆拟合算法进行光斑中心定位。通过测定两交叉光束在2个分别与CCD成像面保持水平及竖直垂直的投影面上的夹角,实现对空间光束的准确定位。实验测量结果表明,该测量系统具有较高的测量精度。     

结构光双目测量系统标定方法

为了解决双目结构光测量系统参数不容易准确获取的问题,依据传统摄像机标定方法,结合结构光双目测量系统的特点,提出了CCD摄像机标定方法.通过对左右CCD摄像机采集得到的两幅标定模块的图像数据分析,按照"两步"标定法的思路,先得到平移向量R和旋转矩阵R等外部参数,再利用已知的空间距离求解到摄像机的成像模型需要标定的其他参数.实验数据表明,该方法可简便、准确地标定出CCD摄像机参数,方便了三维视觉测量工作,是一种有实用性的标定方法.     

单缝衍射实验与模拟结果对比分析

利用线阵CCD和改进的教学用实验仪器可以很好地测量出各级明条纹的光强分布。在实验中测量出夫琅和费衍射各级明条纹的光强分布情况,并利用matlab模拟了夫琅禾费衍射。实验测量结果与夫琅和费衍射理论模拟结果能在一定程度上吻合。