合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
精密测量技术是先进制造业得以高速发展的基础。光谱共焦传感器具有测量精度高、检测速度快、系统集成度高等技术优势，已成为先进制造领域当前备受关注的精密测量技术之一。首先，介绍光谱共焦测量原理，分析构成光谱共焦传感器的关键器件；然后，针对点光谱共焦传感器，综述构成传感器的色散物镜、宽光谱光源、光谱检测装置，以及光谱处理算法等关键技术方面的研究进展；其次，针对线扫描光谱共焦传感器，综述扫描方式、光路结构、光谱检测装置，以及光谱信息处理方法等关键技术；最后，总结当前光谱共焦传感器的研究重点、难点，以及未来的技术发展方向。
光谱共焦传感器 色散物镜 宽光谱光源 光谱仪 峰值提取 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211005
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
针对工业机器人绝对定位精度不高的现状，提出一种基于双目视觉辨识运动学参数的方法。首先，基于modified Denavit-Hartenberg参数建立机器人运动学模型；其次，规划机器人末端以多空间球形运动，采用双目视觉系统测量不同末端位置相对球心的实际距离，与理论距离对比构造相对距离误差函数；然后，使用粒子群算法迭代求解运动学参数误差，并利用正余弦策略和信赖域优化对粒子群算法进行优化，降低粒子群陷入局部寻优的可能性；最后，对运动学参数进行补偿并对比验证。实验结果表明：距离平均误差由1.1601 mm减少到0.2260 mm，精度提高了80.52%；标准差由0.6582 mm减少到0.1412 mm，精度提高了78.55%，验证了所提方法的高效性和实用性。
机器视觉 运动学参数辨识 双目视觉 粒子群 距离误差 绝对定位精度 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1415002
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
当自动对焦用于玻罗板线纹等方向性强的目标时，线纹方向的不确定性导致一些清晰度函数的鲁棒性降低甚至无法找到对焦位置。针对上述问题，通过Hough直线检测得到离焦线纹的角度，构建一种基于Hough变换的线纹清晰度评价函数，该函数的灰度算子垂直于线纹，对线纹方向变化具有较强的鲁棒性。为了比较线纹方向对清晰度函数性能的影响，对5组不同角度的线纹图像进行评价，得到清晰度曲线，并引入平缓区标准差等参数对曲线进行定量评定。实验结果表明，与传统的评价函数相比，基于Hough变换的评价函数的平缓区均值减小59.85%，标准差减小46.05%，对焦偏差减小92.63%，平均运行时间减少36.37%，镜头焦距的相对误差减小62.12%。
测量 自动对焦 清晰度评价 焦距测量 放大率法 Hough变换
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 南阳理工学院智能制造学院，河南 南阳 473004
利用光栅条纹投影法进行非接触式三维形貌测量已经成为各个领域中对复杂被测对象进行尺寸测量的主要方法。然而，对表面同时具有高反射率和低反射率区域的被测对象进行快速准确的三维测量，一直是众多学者的研究对象和工业中急需解决的问题。本文首先根据理论分析和仿真分析，得出投影不同条纹强度幅值在不同信噪比时的相位误差大小，据此进一步提出无需提前标定被测表面反射率及最佳投影条纹强度幅值时的高动态范围三维形貌测量新方法：首先利用两组不同强度幅值的相移光栅条纹图进行三维测量；然后对两次测量进行融合得出比较完整的三维形貌测量结果，通过实验验证了该方法的可行性和有效性；最后对反射率相差较大的被测物体表面进行三维形貌测量实验。根据实验结果可知，该方法不仅可以有效测量高动态范围表面，而且提高了测量效率，并为最近提出的高速测量方法（单个投影周期内两次采集条纹图）的有效性提供了理论与实验依据。
仪器，测量与计量 条纹投影轮廓术 三维重建 高动态范围 条纹强度幅值 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712003
Author Affiliations
Abstract
1 Anhui Province Key Laboratory of Measuring Theory and Precision Instrument, School of Instrument Science and Opto-electronic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Fabrication of high-quality optics puts a strong demand on high-throughput detection of macroscopic bulk defects in optical components. A dark-field line confocal imaging method is proposed with two distinct advantages: (i) a point-to-line confocal scheme formed by a columnar elliptical mirror and an optical fiber bundle breaks through the constraint on light collection angle and field of view in the traditional line confocal microscopy using an objective, allowing for an extended confocal line field of more than 100 mm while maintaining a light collection angle of 27°; (ii) the bulk defects are independently illuminated as a function of time to eliminate the cross talk in the direction of the confocal slit, thus preserving point confocality and showing the optical section thicknesses to be 162 µm in the axial direction, and 19 and 22 µm in the orthogonal transverse directions. The experimental results verify that the method has a minimum detectable bulk defect of less than 5 µm and an imaging efficiency of . The method shows great potential in high-throughput and high-sensitivity bulk defects detection.
line confocal imaging dark-field imaging bulk defects detection Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041203
机器视觉是研究如何让机器看见和理解目标场景，并快速作出决定的一种科学与技术。一个典型的机器视觉系统一般包含图像获取、数据传输、处理分析、决策及执行4个部分，具有“感-传-知-用”的系统特征。在成像技术、处理算法、算力平台和行业应用4个核心要素的驱动下，机器视觉目前已广泛应用于工业视觉、图像解释、物体识别、虚拟现实、生命科学、智能安防、自动驾驶、人机交互等领域。例如在智能制造领域，机器视觉可以实现对产品的轮廓几何参数三维测量和表面缺陷检测；对字符、条码等的读取，对产品的分类和分组；对机械手的视觉引导与伺服控制，使其准确地执行抓取、焊接、装配、码垛和拆垛等。给机器装上慧眼，实现机器智能化，用机器换人是智能制造领域的必然发展趋势。
激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1400000
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230022
多曝光图像融合是一种有效的高动态范围成像方法，融合得到的高动态范围图像包含更多细节和信息量。目前，大多数经典的多曝光图像融合算法存在细节丢失和色彩失真的问题，影响了图像的进一步观察和处理。为了提高融合后图像的清晰度、细节信息和色彩真实程度，提出了一种基于YCbCr空间融合的高动态范围成像方法。将RGB图像转换到YCbCr色彩空间，提出一种改进的适度曝光量指标对亮度分量进行多分辨率加权融合，并采用基于阈值的加权方法融合色度分量。实验结果表明，使用所提方法得到的融合图像视觉效果更加真实，具有较好的色彩表现力，清晰度得到显著提升，可以很好地改善传统基于RGB色彩空间的高动态范围成像方法中出现的色彩失真和信息丢失问题。
成像系统 高动态范围成像 图像融合 YCbCr色彩空间 图像金字塔 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415029
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
聚焦评价算法是叠焦大景深成像的核心，针对聚焦评价算子性能评估方面的实验需求，提出了一种基于图像序列采样点聚焦评价散点图高斯拟合的聚焦评价算子性能评估方法，对已有的聚焦评价算子进行了性能评估实验。将传统的图像清晰程度指标加以改造，提出了一种梯度加权图像锐度算子，并采用实采图像和模拟图像分别对比了所提算子与现有算子的性能差异。研究结果对于实施叠焦测量有一定参考意义。
机器视觉 叠焦测量 大景深 聚焦评价 高斯拟合 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415027
1 合肥工业大学机械工程学院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
提出了一种基于方向性靶标和多约束优化的双目相机标定方法。新型方向性平面靶标能够判断靶标的旋转方向,并对每个标定角点进行编码,以保证双目相机在拍摄到局部靶标的情况下依然能够完成同名点匹配,进而完成双目相机标定。根据方向性靶标建立双目相机标定模型,引入用于描述平面靶标姿态的天顶角和方位角,通过天顶角和方位角筛选出在不同位置上的靶标姿态均具有明显差异的图像作为标定图像,这提高了双目标定结果的稳定性;结合靶标的三维几何信息,建立了多维度约束的双目参数优化模型,提高了双目标定结果的精度。实验结果表明,与传统的张氏标定方法相比,所提出的标定方法能够有效提高所获得的标定结果的稳定性和精度;通过对标准量块进行多次测量,进一步验证了所提方法的有效性。
机器视觉 双目相机标定 方向性平面靶标 平面靶标姿态 多约束优化
