采用多目结构光对金属类物体进行三维测量时,由于反射光强随角度变化极大,各相机获得的结构光图像会有明显差异,从而降低了图像的匹配程度;在某些反射强烈的位置,杂散光甚至会造成线结构光无法测量的情况。此外,使用同一参数对图像进行匹配或处理时,在反射率和反射性能差别较大的材料同时出现的情况下,测量精度会比较差。针对上述问题,提出一种基于形成多次反射成像的结构光三维测量方法以及仪器标定方法。此方法通过建立多次反射像对应点的图像坐标与空间坐标的关系来解算结构光像点的空间坐标。实验结果表明,该方法在一定程度上克服了用结构光测量高反表面时遇到的亮度反差大和高反问题,其测量精度在本实验平台上达到了±0.1 mm的工程要求。

设计了一种基于亚波长光栅的具有高集成度、高耦合效率的垂直光耦合器,在1.5~1.6 μm波长范围内实现了大于97%的耦合效率,且器件长度仅为15 μm,是传统基于绝热拉锥波导的垂直耦合器尺寸的十分之一,提高了系统的集成度。在亚波长光栅占空比、拉锥波导尖端尺寸以及波导错位方面,所设计的耦合器均具有较大的工艺误差容限,在异质集成领域展现出了良好的应用前景。

针对结构光双目三维重建方法中存在误匹配点较多的问题, 提出了一种基于相机抖动的多方位误点淘汰筛选算法。利用平面镜轻微移动模拟相机抖动, 对复原图像进行重新投影, 进行误点的淘汰筛选, 提高复原精度。实验结果表明, 该方法与未抖动相机时比较, 单幅图复原误点明显减少, 多幅图平均精度提高20%~30%, 精度平均水平达到0.16 mm, 可以实现对机车轨道和轮对检测的高精度三维测量, 满足实际检测的高精度要求。

以双目立体视觉理论为基础, 采用基于模仿人眼的双目单视面所给出的规律, 设计出一套简单的三维重建算法。为了利用双目单视面的原理, 采用两个光轴交叉放置的相机来拍摄物体。对所得的两幅图片进行坐标转换, 将图像坐标转换为角度坐标, 然后在球坐标域进行特征匹配, 对得到的匹配点进行曲线拟合, 将拟合得到的点转换到空间域, 进而得到目标物体的三维模型。实验结果表明, 此匹配算法可以准确确定目标物体的位置, 而且此算法计算复杂度比较低, 后期的数据处理采用分段匹配的方式, 使得坐标转换以后得到的目标物体的三维模型相对准确且稠密。

为了提高智能化检测精度,提出了基于双目线结构光的机车闸瓦厚度检测方法,利用线结构光获取物体表面信息,对采集的图像进行光条中心线提取,再根据双目视差原理得出闸瓦的三维信息,从而求出闸瓦厚度。实验结果证明,该方法检测精度高,可以有效解决闸瓦遮挡和视觉盲区等问题,能够满足实际检测需求。

选用紫外固化型环氧树脂，采用光刻技术在FR-4基板上制备了平行排布的多模聚合物光波导。波导具有阶跃折射率分布，相邻波导间隔为250 μm，可与并带后的50 μm芯径多模光纤实现多通道低损耗耦合。通过搭建测试平台，对波导的插入损耗、串扰及错位容限进行了测量与分析。实验结果表明，所制备光波导的损耗小于0.05 dB/cm，串扰小于-60 dB。波导在错位容限方面性能良好，当输入端错位±5 μm时，系统增加的插入损耗小于0.2 dB。同时根据实际波导建立仿真模型，采用光束传播法分析了不同入射条件下的模式能量分布、差分模式延时及耦合效率。计算结果表明，使用与波导具有相近纤芯尺寸的入射光纤不仅可以减小耦合损耗和串扰，还能减少激发起的高阶模式数，提高波导的距离带宽积，优化光波导的综合传输性能。所制备的聚合物光波导作为组成光印刷电路板的核心光器件具有良好的应用前景。

低信噪比环境下, 人们运用中值滤波与维纳滤波等作为图像预处理手段获得了一定的效果, 但是图像预处理严重地影响了对焦速度。在低信噪比环境下所提出的避开图像预处理的最佳自动对焦方案为：首先, 采用HSI分析法把RGB彩色图像转换为亮度信号；其次, 利用能量梯度算子作为图像评价函数；最后, 运用爬山算法控制策略进行自动对焦。结果表明, 此方案的运算时间优势非常明显, 对焦准确度最佳, 可满足实时对焦系统的对焦速度与对焦准确度的要求。