红外与激光工程
2023, 52(11): 20230134
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京 100049
激光语音探测是一种非接触远距离信息获取技术，具有灵敏度高、探测距离远、抗干扰等优点被广泛应用。但是，在目标物的后向光散射特性的影响下，该技术探测性能受到机位角度、目标材料、表面粗糙度影响，严重者有效信号将湮灭到噪声里致使系统探测失效。针对此，结合传统的微分交叉相乘解调（PGC-DCM）算法，开展归一化自相除相位载波解调算法研究，解决目标物后向光散射特性差异所带来的光强扰动问题。首先，建立消光强扰动算法数学模型，利用LabView构建仿真模型，通过该模型进行新算法的频谱响应与消光强能力的仿真分析，发现该算法可实现对干涉信号中B值，一倍频G、二倍频H以及一阶贝塞尔函数J1和二阶贝塞尔函数J2影响的消除；其次，针对不同光强度B值，进行了PGC-DCM和新算法性能对比分析，结果表明新算法可以解调出语音信号，在弱光环境下，优势更加明显；而PGC-DCM解调方法在光强度较小情况下时(例如B=0.5 mW)，语音信号湮灭，无法还原出信号；最后，建立了远距离光强扰动抑制实验系统，进行了光强扰动消除能力实验。实验结果表明：该算法在探测光功率为10、20、30、40 mW条件下，系统解调输出语音信号幅度一致，消除了光强不同对信号探测的影响。
激光语音获取 相位载波 消光强扰动 信号处理 laser voice acquisition phase carrier eliminating light intensity disturbance signal processing 红外与激光工程
2021, 50(9): 20210485
1 中国科学院半导体研究所光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
针对光栅结构光系统测量误差对拟合结果的影响,提出了一种基于测量环境的误差确定方法。统计不同光源环境及测量距离下的高度测量误差,利用参数或非参数拟合获取其概率密度函数,将上述误差连同平面测量误差一起添加至理想平面模型,通过最小二乘法仿真计算出模型的法向量及定点坐标。实验结果表明:该方法得到的模型参数与根据真实测量数据计算得到的数值基本一致,法向及定点误差分别低于0.001 rad和0.233 mm;所提方法能有效解决光栅结构光系统在不同环境下测量结果精确度不高的问题,此外还能应对实际点云因数据缺失等因素而难以实现高精度拟合的情况,为后续误差校正提供依据。
测量 光栅结构光 测量误差 概率分布 模型拟合 最小二乘法
1 中国科学院半导体研究所光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
针对大视场下气瓶阀门的自动化操作,提出一种基于对称性投影的三维定位算法。采用级联分类器对阀门进行初定位与分割,通过随机采样一致性(RANSAC)算法提取阀门平面法向,利用规则刚体结构的对称性,以一种轴向投影与自适应阈值相结合的方式获取阀门平面的边缘点对,并结合空间直线方程计算出最终所需的中心坐标,实验结果表明:在690 mm×520 mm的视场范围内,坐标及位姿的均方根误差分别为0.352 mm,0.0145 rad。与常规边缘提取方式相比,该算法能更好地应对噪声与点云的缺失,实现了大视场下阀门中心的精确定位。
机器视觉 三维目标 随机采样一致性算法 图像处理 高精度定位 光学学报
2020, 40(10): 1015001
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对航空航天领域对超静平台纳米量级位移遥测的需求, 研制了一套体积小、质量轻、便携式的激光多普勒纳米位移遥测系统; 系统在电学部分采用基于数字零中频的解调方案, 模拟器件的减少有助于提高系统的探测准确度和精度; 理论分析了基于数字零中频的纳米位移振动解调算法, 并进行了算法实现和试验验证, 研究结果表明, 该算法最小探测相位达到1°, 对应振动位移2.15 nm。在此基础上, 利用PI-E501标准振动源, 在作用距离为10 m处, 对研制的激光多普勒纳米位移遥测系统进行了性能测试, 实现了振动频率10 Hz和1 000 Hz下和幅度1 000、200、10 nm的遥测, 测试结果表明: 该遥测系统满足工作频段在几十到几百赫兹, 振动位移为微米甚至更低的航空航天领域对超静平台测量的要求。
超静平台 数字零中频 纳米位移 相位 遥测 ultra-stable platform digital zero intermediate frequency nanometer displacement phase telemetry 红外与激光工程
2018, 47(11): 1117008
中国科学院 半导体研究所光电系统实验室，北京 100083
为了扩大激光语音检测系统的应用场景，分析目标物材料参数对系统语音获取的影响，在完善语音获取中，语音信号从产生到与目标物作用的信号流程基础上，对目标物进行声致振动建模，以Sewell-Sharp-Cremer模型为基础，提出目标物声致振动幅度计算方法，并根据Matlab分析计算和实验对比了铁、铝、塑料、纸4种目标物的振幅及其对激光语音获取的影响。仿真及实验结果表明：目标物振幅在300 Hz～1 000 Hz呈指数型衰减，在1 000 Hz以上衰减趋于平缓；300 Hz处非金属材料振幅为69 nm和62 nm，高于金属材料的30 nm和10 nm。金属材料较非金属材料动态范围小，频率敏感度低，更适合作为语音获取的目标物。
激光干涉 振动测量 语音获取 目标物选取 laser interference vibration measurement voice acquisition target selection
