强激光与粒子束
2024, 36(4): 043023
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
针对传统位姿测量的不足，提出了一种基于三维数字图像相关（3D-DIC）法的空间刚体位姿估计方法，该方法利用双目相机拍摄待测物运动前后的图像序列，通过3D-DIC方法进行匹配计算，获得待测物运动前后的全场坐标信息，选择计算点坐标后对其进行奇异值分解，求得位姿参数。针对3D-DIC在测量大旋转时误差较大的情况，提出了一种增加中间图像的匹配计算方法。通过平移自由度和旋转自由度的实验验证，本文方法可实现空间刚体多个位姿参数的测量，三个平移自由度的测量误差均小于0.07 mm，测量角度小于10°时，偏航角和滚转角的测量误差均小于0.2°。
测量 数字图像相关法 位姿估计 六自由度
考虑垂直起降无人机着舰问题的特殊性, 提出了一种基于机载视觉的自主着舰方案。突破了传统2D光流测速的弊端, 利用图像球面光流估计出目标舰船的三维速度矢量。为解决传统位置控制方案对着落轨迹精度控制不足的问题, 利用Tau理论实时规划出一条满足着舰软着落约束条件的期望轨迹, 最终以无人机三维飞行速度矢量作为控制量设计了轨迹跟踪控制器。基于Unity3D软件开发视景仿真环境, 模拟不同海况条件, 对所设计系统进行了半实物闭环仿真验证。与传统轨迹规划方案相比, 所提方法无需复杂优化迭代计算, 能同时满足着舰的实时性和精确性需求。
垂直起降无人机 视觉着舰 球面光流 Tau理论 VTOL UAV visual deck landing spherical optical flow Tau theory
长安大学电子与控制工程学院，陕西 西安 710054
为了充分利用图像信息，同时有效地去除图像中的高斯噪声与泊松噪声，提出一种基于薛定谔方程的量子衍生图像变换与阈值去噪算法。将图像看作离散薛定谔方程中的势场，求解定态薛定谔方程，得到的特征函数构成了自适应基。将图像投影到自适应基上，由于噪声主要由高能量对应的高阶特征函数表示，所以采用软阈值函数对投影系数在能量上进行阈值处理，实现去噪。为了减弱量子系统存在的安德森局域化现象对去噪的影响，采用高斯滤波器对图像进行预处理。实验结果验证了所提算法在高斯噪声和泊松噪声场景中均具有良好的去噪效果。
图像处理 自适应基 薛定谔方程 软阈值函数 安德森局域化 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1210003
1 湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉 430068
2 湖北省现代制造质量工程重点实验室，湖北 武汉 430068
为确定线结构光视觉传感器与工业机器人法兰中心的位姿关系，设计了一种只有单个圆的平面靶标及标定方法。调整机器人姿态，使激光线经过平面靶标上实心圆的圆心，通过图像处理，得到圆心的像素坐标，转换后得到圆心在传感器坐标系下的坐标；多次调整姿态，获取多组图像，得到多组传感器坐标系下圆心坐标；结合对应机器人位姿关系，采用最小二乘法直接解算出手眼矩阵。实验结果表明，所提方法与采用标准球为靶标的手眼标定方法对比，反求得到的三维坐标的标准差由0.3893 mm降为0.2145 mm，以同一目标的不同间距为测量对象，均方根误差均有效减小。该方法提高了标定精度，不需要采用昂贵的靶标，适合于现场标定。
机器视觉 线激光 平面靶标 手眼标定 机器人标定 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1015002
1 吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130026
2 吉林建筑科技学院 电气信息工程学院，吉林 长春 130114
3 北京智芯微电子科技有限公司，北京 102200
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
5 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院，吉林 长春 130052
为了准确测量地震断裂带溢出的痕量CO2气体浓度，文中采用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，选取波数4978.202 cm−1作为CO2检测系统的吸收谱线，采用有效光程为40 m的多通池，以STM32作为主控和数据处理核心器件，研制了高精度CO2检测系统。针对系统中的探测器噪声与光学干涉条纹噪声，利用卡尔曼-小波分析算法滤波提升系统性能。实验表明，与滤波前相比，系统在50 ppmv CO2浓度下的二次谐波信噪比提升了2.06倍。在不同CO2浓度下(50、300、1 000、4 000、8 000 ppmv)，系统误差为2.57%~2.66%。系统测量4 000 ppmv浓度下的CO2时检测精密度达到20.9 ppmv。利用Allan方差分析得出，积分时间在约61 s时对应的最低探测下限(MDL)为5.2 ppmv，实现了对CO2气体的高精度测量。结果表明，所设计的高精度CO2系统可以在气体检测领域为预测地震前兆提供良好前景。
痕量CO2 高精度 TDLAS技术 卡尔曼-小波分析 二次谐波 trace amounts of CO2 high precision TDLAS technology Kalman-wavelet analysis second harmonic 红外与激光工程
2023, 52(3): 20210828
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, School of Optoelectronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
In this Letter, we report on widely tunable pulse generation from a red-diode-clad-pumped mid-infrared (mid-IR) codoped fiber laser, for the first time, to the best of our knowledge. Using a crystal, continuously tunable Q-switched pulses across the range of 3.06–3.62 µm have been attained, which not only represents the widest range (in wavelength domain) from a pulsed rare-earth-doped fiber laser at any wavelength, but also almost entirely covers the strong absorption band of C-H bonds in the mid-IR, providing a potential way for gas detection and polymer processing. In addition, the commercial InAs quantum-well-based saturable absorbers (SAs) have been employed instead, and the obtained longest Q-switching wavelength of 3.39 µm is slightly shorter than 3.444 µm determined by its nominal direct bandgap of 0.36 eV.
Q switching continuous tunability Fe2+:ZnSe InAs ZrF4 fiber Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041402
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学含山产业研究院，安徽 合肥 230009
数字图像相关法的亚像素匹配误差与散斑图像和形函数有关，对于无迭代运算的梯度法和曲线拟合法等，形函数很难适应不同散斑图像的亚像素分布规律，为使形函数能够匹配不同的散斑图像，提出了一种基于参数化形函数的亚像素匹配方法。研究了参数化形函数中的指数变量和背景变量等参数对亚像素匹配误差的调节规律。研究结果表明，对于不同散斑图像，均可以通过对形函数参数的标定得到与散斑图像匹配的最优形函数。以散斑直径为2~20 pixel的高斯散斑图像为例，分别在方向生成位移为0.1~0.9 pixel的10幅图像，对所提匹配方法进行了验证。验证结果表明，标定后的形函数能使不同散斑图像的亚像素匹配误差减小到0.001 pixel以内。最后，对DIC Challenge提供的实际位移散斑图像进行了验证，同样也证明了所提匹配方法的有效性。
测量 散斑 参数化形函数 亚像素匹配 标定
红外与激光工程
2023, 52(2): 20210813
