1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
为提高放疗的治疗精度，需要实时监测放疗中患者病灶区域的位移。针对放疗过程中患者体表被热塑膜遮挡的特点，通过标志物的材质、形状等设计，最大限度地减少热塑膜遮挡对标志物定位精度的影响。首先根据标志物的颜色特征分割出热塑膜遮挡下的标志物并用凸包算法计算标志物的外轮廓；其次采用改进的最小二乘椭圆拟合算法拟合标志物外轮廓上的点并定位标志物；最后，基于标志物的位置特征匹配标志物并计算患者的位移值。通过搭建模拟实验平台多次实验，验证了该方法测量患者位移的精度是0.2 mm，帧频可以达到30 Hz，可以满足放疗中位移监测的实时性和精度要求。
医用光学与生物技术 图像处理 位移监测 体外标志物 最小二乘椭圆拟合 精确放疗 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0217004
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
大气相干长度是定量描述大气湍流强度的重要参数,提出一种通过对同一斜程路径进行双向大气相干长度测量、从而建立实时的湍流强度随高度的分布模式的方法,并进行了多日全天观测实验以验证所提方法。通过不同天气条件下得到的测量路径湍流强度时空分布的相互比较,以及对多日大气相干长度测量比值的统计分析,初步验证了所提方法的准确性。
大气光学 大气湍流 大气相干长度 大气折射率结构常数 模式 分布特性
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽合肥23003
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽合肥2007
为了在望远镜设备探测过程中实时调节由环境温度变化引起的光学系统组合焦距偏离，建立了温度与成像焦点位置调节的对应关系。通过理论计算得出卡塞格林望远镜系统组合焦距变化与温度变化的关系，利用步入式可编程高低温箱设计了温度实验，得出系统单位温度焦点位置的变化量，并在实际工作环境下进行了二次标定，得出望远镜设备的离焦量为-0.14 mm/℃。最后，结合理论实验设计了一种基于环境温度反馈的望远镜自动调焦装置，应用于设备外场观测实验，得出自动调焦装置使用前后望远镜系统的成像信噪比。实验结果表明，离焦量与温度变化量具有相关性，调焦装置使用后所成图像的均方根误差由5.056降低为0.729，成像信噪比由41.09提高到49.50。环境温度反馈的自动调焦技术有利于望远镜设备更好地捕捉观测目标，抑制背景噪声，提高信号采集的精确度与参数测量的准确度，增强了外场探测对环境温度变化的适应能力。
望远镜 组合焦距 环境温度 自动调焦 telescope combined focal length environmental temperature automatic focusing
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少, 而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光 光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果 误差不超过3%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。
相干测风 连续激光 多普勒效应 短距风场 coherent wind measurement continuous laser Doppler effect short-range wind field 大气与环境光学学报
2020, 15(3): 174
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
激光系统的发射光和跟踪光波长通常会有所不同, 在近地面开展发射光轴和跟踪光轴的高精度定标时, 需要考虑水平传输路径上的大气蒙气色差。理论分析得到水平大气蒙气色差与大气温度垂直梯度、气压垂直梯度、激光波长及传输距离之间的关系, 进而分析了近地面水平大气蒙气色差带来的光轴定标误差。利用自动气象站测量了不同高度的大气温度和气压, 计算分析表明近地面 1 km 水平大 气对 1 μm 和 5 μm 两个波段可能会造成 3 μrad 的蒙气色差, 引起 约 1.5 μrad 的定标误差。研究表明为减小光轴定标误差, 需监测近地面水平大气蒙气色差, 并选择在大气蒙气色差较小的时刻进行光轴定标。
大气光学 水平蒙气色差 激光系统 光轴定标 atmospheric optics dispersion effect of horizontal atmospheric refrac laser system optical axis calibration
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230031
相干激光雷达探测精度高,响应时间快,系统结构紧凑,近年来在测风领域已有长足的发展, 成为最先进的测风工具之一,具有良好的研究意义和应用前景。简要介绍了相干激光测风雷达的技术优势,从工作原理和具体应用 的区别上详细描述了分别以连续激光和脉冲激光作为光源的两类相干测风雷达,重点介绍了这两类技术的国内外发展历史及其最新 进展,并分别从光源波长的选用、激光工作的方式和应用平台的多样化等多方面简要总结了相干激光测风雷达的发展趋势。
大气光学 相干探测 测风 脉冲激光 连续激光 atmospheric optics coherent detection wind measurement pulsed laser continuous laser
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230031
提出了一种消除雾气对车载摄录设备光学成像影响的系统,改善了车载设备获取图像的视觉效果,优化了后续对图像中信息的提取与应用。设计的双模式雾气消散系统包括硬件和软件两部分,硬件为基于物理热消散效应的机械去雾结构,软件为基于大气散射模型估算的图像处理算法。能在不同湿度下保证车载摄录图像的清晰度和细节特征,具有实时处理和自适应反馈等优势,满足商业化应用需求。
图像处理 图像去雾 热消散 图像清晰化 车载 激光与光电子学进展
2020, 57(6): 061014
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
为了研究极端温度环境对跟踪望远镜指向精度的影响,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立跟踪望远镜机架的有限元模型,通过稳态热分析,得到高、 低温环境中机架在太阳辐射、空气对流、电器件产热及热传导作用下的温度场分布;通过结 构静力学分析,得到机架在以上温度场作用下的热变形。分析结果表明在高、低温工况下, 机架轴系的偏斜角均小于30′′,在误差允许范围内。极端温度环境中跟踪望远镜 机架的方位转轴、俯仰转轴及光路视准轴基本没有发生偏斜,跟踪望远镜的指向精度几乎没有受到影响。
几何光学 跟踪望远镜 对流换热 稳态热分析 结构静力学分析 geometrical optics tracking telescope convection heat transfer steady-state thermal analysis static structural analysis
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了保持图像明暗区域的对比度约束,提出了一种改进的暗通道去雾算法;该算法首先将原始图像分割成适当的明暗双区域,并计算相应的对比度比值,再使用基于中值滤波的暗通道去雾算法处理图像暗区域部分,最后利用亮度精确控制的双直方图均衡算法,以最大程度保持区域对比度不变为约束条件,修正图像较亮区域的亮度分布。结果表明:对比相关去雾算法,利用所提算法最终处理后的图像能够在信息熵值、平均梯度和亮度标准差等方面取得明显增益,进一步凸显图像中被雾霾环境所掩盖的细节特征。
大气光学 图像增强 大气透过率 图像去雾 暗通道
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
在昼夜观测恒星测量恒星宽光谱成像信号强度的基础上, 首先通过MODTRAN软件结合系统参数、恒星光谱特征研究了宽光谱信标利用Langley法标定大气透过率的标定误差, 据此通过标定恒星成像强度得到了整层大气宽光谱透过率; 然后, 利用大气模式研究了晴朗大气条件下宽光谱大气透过率与激光波段大气透过率的关系, 进一步得到了532 nm和1 064 nm的整层大气透过率; 最后, 将白天时段观测恒星测量的大气透过率与太阳辐射计观测太阳得到的透过率进行了实验对比。结果表明: 两种方法得到的大气透过率时间变化趋势一致、大小相仿。在此基础上开展了整层大气透过率的连续观测, 获得了整层大气透过率的昼夜连续数据、特别是获取了晨昏时段弱湍流时刻的整层大气透过率数据; 文中所开展的工作丰富了整层大气透过率的测量手段, 对地基激光工程研究和应用有促进作用。
整层大气透过率 昼夜观测 宽光谱测量 total atmospheric transmittance day and night observation wide spectral measurement 红外与激光工程
2019, 48(3): 0311001
