LAMOST并行可控式光纤定位子系统的构建

主要描述了LAMOST光纤定位子系统的构建.子系统主要包括以下几部分由19个双回转单元组成的焦面执行机构;以MCS-51单片机为核心的单元控制器;以TDA1521为放大器的驱动电路;由CCD摄像头和图像采集卡组成的测量系统;集成有星像分配、干涉处理、图像采集和计算的专用程序.实验表明该套子系统可满足LAMOST系统中期试验工作的需要.     

采用三向光纤照明成像的三维微结构观测系统

为弥补普通光学显微镜照明系统的不足,针对一般三维微结构的显微成像,提出并设计了一个可实现实时调节的三向光纤照明成像观测系统.系统采用计算机、D/A卡、驱动电路等硬件以及自主研制的控制软件,实现对任一光源的光强进行稳定连续的实时调节.通过自主设计的机械结构将光源、光纤、耦合头以及显微镜连接为一整体,实现光束入射方向、入射角和入射距离的任意调节.与通常的底部透射光照明系统进行实验比较,成像质量显著提高,不仅可以清晰观察目标对像的表面结构,还能得到立体感强的三维图像.针对面阵CCD显微测量系统的标定和标定误差问题,提出了螺旋微缝标定法.将螺旋测微计两铁钻形成的微缝作为标定的样本,配以适当的观测手段和计算方法,有效地消除或减小了各种误差,提高了系统的标定精度.通过系统标定和测量比较,系统的标定精度达到±0.0015μm,测量精度达到±1μm.实验结果表明,螺旋微缝标定法可以基本满足CCD测量系统标定的要求.     

分立式万能工具显微镜目镜视场数据自动采集的研究

介绍了使用面阵CCD和基于PCI总线的图像采集卡为硬件电路,MATLAB和VISUAL C++为软件核心组成的分立式万能工具显微镜目镜自动读数装置,实现在电脑屏幕上实时显示采集到的图像,得到所选图形的测试结果.系统通过软件控制图像的存储,利用最大类间方差法二值化、放大、调平、滤波、灰度均衡等方法处理图像,由模板匹配方法识别出最后的数字,实现了自动采集和自动识别读数.     

极坐标下LAMOST光纤坐标检测方案

介绍极坐标下用多个线阵CCD对大尺度范围内多目标位置检测方法及系统搭建情况.对LAMOST光纤定位系统中球面焦面板上4000个光纤头位置的检测,采用极坐标旋转扫描装置进行检测.试验系统主要包括:控制主机,多个线阵CCD,精密旋转台,扫描梁,旋转平台,积分球光源以及自行设计的数据处理程序.检测装置包括精密旋转台和扫描梁,后者由多片线阵CCD软拼接而成,采用"光重心法"对光纤出射光斑处理从而获取光纤端部的位置.实验结果理想.     

多光纤单元视觉测量装置的精度分析

介绍基于CCD摄像机的光纤定位单元的视觉测量装置.采用CCD摄像机对LAMOST光纤定位单元的定位精度进行检测.介绍测量装置的基本组成,分析测量装置的稳定性.着重分析采用标定靶实现对测量装置进行摄像机标定的方法.实验结果表明,在160mm×160mm的测量视场内,采用一个140mm×140mm的标定靶对摄像机进行标定后,标定残差均值为6.75μm.     

球形转子不平衡量的一种自动测量方法

利用面阵CCD和PCI图像卡,将转子上一固定标志点转化为图像中局部特征的亮度并用数字图像处理技术提取标志点的位置从而记录转子摆动过程,以转子的运动方程为状态方程,建立最优估计模型对采集得到的摆动轨迹进行辨识,得到了转子的不平衡量。对测量系统进行的误差分析及试验结果证明整个测量装置具有可自动测量、测量时间短和测量精度高的优点。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。     

LAMOST光纤单元闭环运行方式研究

在现有的开环运行方式下,LAMOST光纤定位单元的定位精度完全依赖于标定精度,标定误差及其他影响因素将会对光纤定位单元造成长期的定位误差。使用闭环运行方式,不但能够免去繁杂的标定过程,还能保证定位精度的稳定性。在单元运行结束后,通过面阵CCD检测光纤位置,令单元做补偿修正运行,重复此过程直到光纤定位单元达到精度要求。实验证明,闭环运行方式可以代替开环运行方式运用到实际观测中。     

嵌入式线结构光角度视觉检测及误差补偿

建立了基于DM642的嵌入式线结构光角度视觉检测系统,用于精确实时地在线检测线结构光角度.首先,将以CCD为图像传感器的装置与基准平面固定,以线结构激光发生器为光源的装置与被测平面固定;用CCD采集投影屏上的线结构光图像,再由DM642进行实时处理得到线结构光的角位置,并对角位置进行标定来获得被测平面与基准平面的夹角.然后,分析系统误差源,得出系统主要误差是由CCD感光面阵平面与投影屏平面之间的夹角α所致.最后,针对此误差项建立数学模型,并根据模型采用圆光栅控制激光发牛器精确转动3个角位移,由圆光栅所得的精确角位移值和对应的图像检测值计算出标定夹角a的大小和方向,并对由此夹角误差导致的检测误差进行精确补偿.实验结果表明:在a为0.331 97°时,经误差补偿后的圆光栅角位移值和对应的图像检测值之间的转角误差由22.522％减小到0.595％,系统测量的不确定度为0.051 44°.     

应用线阵CCD的空间目标外姿态测量系统

设计了9路线阵CCD相机组合的空间目标外姿态测量系统,该系统解决了面阵图像传感器用于姿态测量时存在的速度和精度的矛盾,能够实时重构放置于被测物体上的点合作目标在世界坐标系下的三维坐标,并经空间解算,确定被测物体的姿态角.该系统着眼于合作目标和相机光学系统的相对位置,解决了多相机与多点合作目标一一对应时的目标干扰问题;设计了新的光学系统构架,提高了精度,节省了空间;实现了多相机测量系统的局部标定和全局标定.图像采样率为1 316帧/s时,姿态测量精度为1′.测试结果表明,该姿态测量系统可以实现对被测对象高精度的实时测量,且具有合作目标简单,价格低廉等优点.