激光光斑测量技术研究

激光器的光束参数是表征激光性能的重要指标,设计了一套激光光斑测量控制系统,面阵CCD摄像机和图像采集卡采集激光光斑信息后,输入到计算机进行光斑图像信息的获取、能量信息的存储和图像分析等图像处理过程,从而实现激光光斑图像的高精度测量.     

激光质量测量的自适应衰减控制技术研究

针对激光光束质量测量的激光光强高精度控制问题, 提出一种自适应衰减调节激光光强度的方法。该方法基于单片机控制算法, 利用PC机反馈的光斑图像灰度差值计算得出激光光强需要衰减的倍数, 并通过衰减轮电机控制两组衰减片组合完成对激光光强度的自适应控制, 实现了成像系统闭环控制激光光斑强度, 从而快速、 准确地得到特定光强度的激光光斑图像。实验结果表明, 该方法与以往衰减控制相比,能准确地得到高精度灰度值激光光斑图像, 激光光束质量单次测量时间为5 s, 系统测量时间为3 min。     

基于嵌入式的激光光束质量的测量与控制

本文提出了一种嵌入式激光光束质量参数自动化测量系统。该系统选择混合式步进电机组作为执行机构来获取束腰位置;采用面阵CCD多点探测激光光斑的图像信息,实时计算激光光斑的质心和光强以及光束的束腰宽度和束腰角等参数。     

激光能量密度分布的测量方法

提出一种用于激光能量密度分布测量与分析的方法, 首先采用图像处理方法对激光光斑图像进行检测处理, 再对激光光斑波面进行拟合, 并采用伪彩色对激光能量分布进行三维显示. 采用Zernike多项式对波前进行拟合和重构, 讨论了拟合采样点的布设方法, 并用激光能量密度测试精度平均误差较小的同心放射状采样点布局方案. 采用伪彩色算法对二维光斑图像进行三维模型显示, 反映光斑不同区域能量分布的相对 大小和位置. 实验结果表明, 该方法基本满足激光能量密度分布检测的要求.     

基于全息存储的激光光束质量研究

介绍了光束质量评价体系中光束质量因子,相关度及标准偏差等评价指标,研究了全息存储过程中半导体激光器的光束质量,比较光束经过平面镜以及分光镜之后,光束相关度及标准偏差变化情况,发现光束经过光学器件之后,相关度均下降,标准变差增大。实时采集了激光光束经过扩束、准直、聚焦之后,光斑强度变化对比图,焦点前光束光斑强度属于高斯型分布,进行存储再现图像信息更清晰、亮度也较大。同时存储介质置于焦点前的存储系统设计也有利于全息存储系统的小型化发展。     

半导体脉冲激光光斑整形方法研究

针对激光近炸引信的小型化激光发射系统中激光光斑过大、探测距离偏近的问题,该文在分析半导体激光器的发射光束特性和脉冲激光定距性能的基础上,设计了激光定距系统的发射透镜,使得激光光束得到准直整形。仿真结果表明,准直后的激光束发散角被压缩至1.5m rad,且远场光斑呈圆对称形状,中心辐照亮度增加到41.04 W/cm2,使原有小型低功耗的系统探测距离从8 m提高到21 m。     

插值和滤波处理技术在激光三角法测量中的应用研究

采用直接阈值法和迭代阈值法对激光三角法测量中的光斑区域进行分割,然后用最近邻插值和双线性插值法对截取的光斑图像进行插值处理,实现光斑图像特征点区域的亚像素定位,并对几种不同滤波器处理情况下的计算结果进行了对比和分析.     

基于图像的人体参数测量系统的设计与实现

给出一种基于图像的人体参数自动测量方法,并设计与实现人体参数测量系统.通过2个数码相机拍摄人体的正视图和侧视图,运用图像分割和特征提取等图像处理方法提取2幅图像上的人体特征点;利用三维标定架标定相机的内外参数;利用双目视觉原理从2幅图像上的特征点计算出人体的测量点,完成人体尺寸参数计算.试验结果表明:与传统手工测量相比,本方法能实现自动测量,缩短了测量时间,提高测量的精度和效率;与三维非接触测量相比,本方法测量设备简单和便携,测量速度更快,操作更加方便.     

基于环形光切法的复杂深孔图像检测

针对膛线炮身管提出了一种基于环形光切的图像检测方法。该方法利用环形激光束照射到深孔内膛表面上形成的环形光斑图像进行检测。通过对环形光斑亮度极值线的亚像素提取、缺陷点剔除、数据分离、参数回归和系统标定,实现了截面形廓和尺寸的检测;通过多个截面形廓数据,实现了深孔内膛形貌的检测。在对直径为130mm的膛线炮身管的检测中,该方法的单点轮廓测量精度达到了0.1mm,满足了身管质量控制和使用维护所需要的测量精度要求。     

基于主动视觉的测量装置精度校准方法

针对工业在线监测对测量装置精度及稳定性的要求,对视觉测量装置精度校准及维护方法进行研究。分析透视原理下引入图像畸变的测量装置成像模型,推导测量装置相对基准激光做直线运动时光斑在畸变图像中的轨迹方程,提出一种基于主动视觉的测量装置精度校准方法:首先,通过控制测量装置做二维平移运动得到校准所需的特征点信息;接着,利用光斑的畸变轨迹方程求解测量图像的畸变系数并对图像进行畸变校正;最后,求解图像平面到被测平面的单应性矩阵从而完成精度校准。对特征点的布置方式进行优化。研究结果表明:校准后的定位测量峰值误差为0.373像素,均方根误差为0.178像素。该方法精度较高且易于实施,能满足工业在线检测的要求。     

高温物体成像时彩色CCD相机的自动调光方法

针对温度变化大的高温物体在CCD相机上成像时图像会发白或发黑,导致图像中物体特征被弱化这一问题,提出一种基于灰度均值的彩色CCD相机自动调光方法.文中首先阐述了CCD相机成像时物体热辐射对图像灰度的影响;然后分析了彩色CCD相机采集的850～1200℃高温物体图像的特点,建立了RGB基色图像灰度均值与积分时间的关系;最后提出一种自动调光方法,该方法通过采集一帧预测图像来计算物体所在的温度区间和最佳积分时间,根据最佳积分时间采集彩色图像,按照温度区间提取彩色图像对应的基色灰度图,并将其作为后续处理图像.实验结果表明,该调光方法对温度变化具有很好的鲁棒性,基于此方法的彩色CCD相机能采集到具有稳定灰度值的高温物体图像,有利于高温物体的几何测量和表面缺陷检测.     

激光光斑捕获与分析系统的研究

介绍了激光光斑捕获与分析系统的系统组成和技术实现,该系统利用激光准直技术和CCD图像采集技术,可应用在铁路轨道参数检测仪器上。本文详细叙述了系统各部分的功能和组成。     

脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量

为检测连续焊接条件下熔池振荡频率,提出了一种激光视觉测量的熔池振荡检测方法,介绍了激光视觉测量的原理、搭建了试验平台.采集反映熔池表面振荡变化的图像,并进行了裁剪、中值滤波、顶帽变换、二值化处理;编写程序获取熔池振荡的时域信号,进一步通过快速傅里叶变换算法提取了熔池振荡频率.结果表明:该方法能够实现连续焊接条件下熔池振荡频率的检测;顶帽变换图像算法能将整幅图像背景亮度均匀化,为提取完整的激光条纹及熔池振荡频率奠定了基础.     

自动机运动规律图像特征点的提取方法研究

本文通过分析高速图像非接触法自动机运动参数测试系统采集图像的数据特点,利用光斑区域预测法,预测光斑在图像序列中的区域,确定处理的矩阵范围,实现了数据的快速处理;研究了针对自动机运动规律的反射光斑图像特征点的处理算法,图像经中值滤波后,采用算子边缘检测及生长、填充后,用亚像素识别技术中灰度重心法,进行了光斑中心定位。     

预热温度对激光熔覆Co基合金数值模拟的影响

观察并研究了Co基合金熔覆过程的温度场和应力场的规律,建立了激光熔覆预置Co基合金粉末过程的三维模型,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件分析了激光熔覆过程中的温度场和应力场,并进行了实验验证.结果表明:温度场等温线呈椭圆形,熔池最高温度区域滞后于光斑中心,扫描速度为4 mm/s的激光熔覆过程获得了良好的冶金结合;基体预热温度从20℃增加到300℃,t8/5从0.5s增加到1.5s,熔池的瞬时冷却速度分别减小至0.88倍和0.64倍,工件的残余应力和变形均明显减小,这说明对基体适当预热能有效降低熔覆层的开裂倾向.模拟结果为激光熔覆过程的优化提供了理论依据.     

高斯光束的透镜变换在动态高温校准系统巾的应用

基于基模高斯光束衍射倍率因子M2近似为1这一条件,利用几何光学成像原理来模拟基模高斯光束通过透镜的成像规律,给出了一种计算透镜像方光轴上不同点处高斯光束光斑半径的简便方法。该方法通过选取合适的物距lc,高斯光束的衍射倍率因子M2近似为1,激光束经透镜聚焦与普通平行光束的聚焦过程相似,符合几何光学成像原理。通过几何光学方法和ABCD定理推导出了高斯光束光斑半径表达式,并进行数值计算,利用MATLAB软件对数值进行拟合。拟合结果表明;此方法计算出的光斑半径符合较好,满足瞬态高温测量中探测器光敏面对激光光斑尺寸的要求。     

基于Mumford & Shah算法的Mark点图像修复研究

针对PCB板生产曝光工艺中的Mark点识别问题,提出一种基于Mumford&Shah算法的Mark点图像修复方法.该方法将Mark点图像识别过程中涉及到的反射光斑视为受损图像的待修复区域,利用通孔与光斑灰度不一的特性,通过Otsu’s算法对反射光斑区域进行阈值分割并生成图像蒙版,在无噪声及有噪声的情况下进行了图像修复实验.通过与BSCB算法、Navier-Stokes算法、FMM算法的修复结果对比.实验结果显示,该算法适用于Mark点区域反射光斑的修复,修复效果较其他算法具有一定优势.     

基于狭缝图像的三维虚拟漫游

基于狭缝图像的四维光场模型,设计并实现了一个完整的三维虚拟场景漫游平台系统。使用四叉树结构对场景进行组织,实现了对三维场景的自适应非均匀采样,提高了采样的效率;采用临近点插补方法,解决了重采样中出现的图像空洞;通过对漫游时的内存管理、路径预测和碰撞检测处理,提高了漫游的稳定性与连贯性;对漫游速度做了测量,对绘制图像的质量做了比较。     

FPGA在激光一维位移测量系统中的应用研究

针对目前结构健康监测中对一维位移测量系统的要求 ,讨论了利用 FPGA器件实现一维激光位移测量系统硬件处理核心电路 ,将传感器驱动、光斑中心位置计算及计算机接口集成到一个芯片中 ,实现了测量速度的提高和系统的小型化 ,从而满足了位移测量中现场动态测量需要     

多轴激光位移测量同步采样技术

采用基于广播总线的同步采样技术,提出6轴高精密XY工件台激光位移测量的同步测量架构.设计专门的同步动作控制器和同步信号总线,实现6轴激光位移测量系统的同步采样,提高了数据采样频率.结果表明:6个激光测量轴之间的同步采样时间误差最大为1.616ns,并由此引起的位移测量误差是0.808nm;在硬件读取数据方式下,6个激光测量轴最高采样频率可达640kHz.