1 北京建筑大学 测绘与城市空间信息学院，北京00044
2 代表性建筑与古建筑数据库教育部工程研究中心，北京10616
3 自然资源部 城市空间信息重点实验室，北京102616
4 中国建筑科学研究院有限公司，北京100013
为了实现对特大钢结构的高效率、高精度检测，对地面激光点云整体配准算法以及无人机多视影像生成密集点云算法进行了研究。采用基于几何特征的可迭代整体配准算法不断对观测值进行约束定权和解算，将观测值改正数误差控制在一定阈值范围内，直到完成配准，生成整个网架结构的激光雷达点云模型。以球节点多连杆中心点算法对网架结构中的球结点与柱进行偏心计算，再使用基于视觉运动恢复结构算法以及改进的RANSAC算法生成的影像密集点云，通过配准实现地面激光点云和高分辨率非量测影像数据的融合。以某亚洲最大跨钢结构高精度检测为例，多站激光雷达点云整体的配准精度为5 mm，抽检的21根钢柱里16根柱子的偏差接近或大于35 mm（32.1~68.2 mm，方向均向外），整体钢结构的网架挠度均小于1/250。由此表明，地面激光点云整体配准算法以及高分辨率非量测影像数据密集点云生成算法可行且准确，能够满足特大钢结构的高精度检测要求。
近景摄影测量 激光雷达 无人机 钢结构检测 点云 close-range photogrammetry lidar unmanned aerial vehicle steel structure detection point cloud
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心, 上海 201800
2 合肥知常光电科技有限公司, 安徽 合肥 230031
3 超光滑表面无损检测安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
衍射光栅是非常重要的色散元件, 在光谱分析领域中有着广泛的应用, 光栅光谱衍射效率的测量对于评估光栅性能和改进光栅制备工艺有着重要的作用。 在目前常见光栅光谱衍射效率的测量技术中, 由于存在两种需要重复数百次的机械运动, 因而光栅光谱衍射效率的测量速度比较缓慢, 如获取700～900 nm波段范围内的光谱衍射效率, 大约需要5～8 min的时间。 在之前的研究中, 报道了一种快速测量光栅光谱衍射效率的新方法, 新方法采用声光可调谐滤波器、 积分球探测器和高速数据采集系统, 可以完全消除现有测量方法中存在的两种耗时的机械运动, 由于测量过程中没有任何机械运动的参与, 新方法能在10 ms量级获得700～900 nm波段范围内的光谱衍射效率。 首先对光栅光谱衍射效率测量新方法的主要误差来源进行了系统分析, 发现新方法一个比较明显的误差来源是凸透镜的透过率与入射角相关; 然后结合光学模拟, 得到了激光光束以不同入射角度传播通过凸透镜时的透过率, 并提出了相应的误差校正方法; 最后结合实验测量数据, 我们对光栅光谱衍射效率新测量技术的误差校正方法进行了实验验证。 数据分析结果表明, 在550～750 nm波段范围内测得的光栅光谱衍射效率, 经过误差校正后, 新方法与传统测量方法之间绝对误差的平均值从校正前的0.207%降低到校正后的0.099%, 由于传统光栅光谱衍射效率测量方法的测量精度约为0.1%, 结果表明, 提出的误差校准方法能成功消除光栅光谱衍射效率新测量方法的主要误差来源。
光栅 衍射效率 光谱 测量 误差 Grating Diffraction efficiency Spectrum Measurenent Error 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1973
1 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
为了提高超精密角度计量转台的测量精度, 对转台所用编码器分度误差与细分误差的校准展开研究。首先, 介绍了转台的结构, 设计了方便进行相互比对的双角度编码器测角系统并描述了其多读数头布置方式。然后, 基于直接比较法与自校准法进行了双编码器分度误差的快速、高精度校准。最后, 借助精密电容式位移传感器测量系统, 利用比较法检测了两套编码器各读数头的单信号周期测量误差。校准结果显示: 采用双读数头均布的第一套编码器的分度误差为±0.27″, 细分误差在±0.1″以内; 基于四读数头均布方式进行测量的第二套编码器分度误差为±0.17″, 细分误差在±0.2″以内; 两套编码器的测量精度皆为亚角秒级。双编码器相互比对的校准方式有助于对转台的测角误差进行全面、准确地评估。
精密转台 角度编码器 分度误差 细分误差 角度校准 rotary table angle encoder graduation error interpolation error angle calibration 光学 精密工程
2019, 27(10): 2180
1 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
3 国家机床产品质量监督检验中心(四川), 四川 成都 610200
为了实现亚角秒级圆分度器件的高精度校准, 建立了基于角度计量转台和自准直仪的角度测量系统, 研究了基于无实物基准的圆分度误差检测方法和控制测量系统引入误差的策略。简要介绍了基于真空预载气浮支承和超声马达驱动的自研转台的结构, 搭建了整个测量系统。利用圆封闭原理和最小二乘原理分析了圆分度误差的测量算法, 讨论了测量过程的误差来源, 并分析了抑制各误差源的方法。最后, 在构建的测量系统上测量了多齿分度台的圆分度误差, 并对测量不确定度进行了分析。实验结果表明: 自研计量转台和被校多齿分度台的最大圆分度误差分别为0.12″和0.15″, 测量不确定度为0.05″(k=2)。通过比对, 表明测量系统能够实现亚角秒级圆分度误差的高精度校准。
测角转台 角度校准 分度误差 误差分析 不确定度评定 angle comparator angle calibration dividing error error analysis uncertainty evaluation
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 合肥知常光电科技有限公司, 安徽 合肥 230031
在光电对抗、激光制导、环境监测等需求的牵引下, 中红外激光系统的应用日益广泛, 中红外光学元件的吸收特性备受关注。尤其在中红外强激光系统中, 强光元件的吸收性能直接关系到整个激光系统的可靠性。目前中红外光学元件的吸收率已降至10-6量级, 难以准确表征其二维吸收分布。
1 安徽建筑大学环境与能源工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230601
采用荧光光谱技术研究不同溶解氧（DO）水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物（DOM）转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。 三维荧光光谱显示: 上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质（高激发波长类酪氨酸、 低激发波长类酪氨酸、 低激发波长类色氨酸）和两种类富里酸物质（紫外区类富里酸、 可见区类富里酸物质）组成, 类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。 经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低, 其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。 而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势, 表明类富里酸物质属于难降解有机物。 上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间, 表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。 荧光指数随DO增加而增大, 说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加, 微生物代谢功能增强, 使得上覆水中DOM的生物源成份加大。 在较高的溶解氧水平下, 即DO分别为2.5, 3.5和5.5 mg·L-1时, 高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性, 相关系数（r2）分别为0.956, 0.946, 0.953, 说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度, 为河道水体诊断、 治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。
荧光光谱 溶解氧 上覆水 溶解性有机物 荧光强度 总氮 Excitation-emission matrix spectroscopy Dissolved oxygen Overlying water Dissolved organic matter Fluorescence intensity Total nitrogen
哈尔滨理工大学 测控技术与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
为了满足许多行业已不仅需要获取物体的三维形貌信息，还需要获取物体颜色信息的现状，建立了三维表面颜色渲染系统，对直接赋色过程中存在的因被测表面几何特性不同而带来的误差问题进行了研究。为了反映被测表面的几何特性变化，将被测表面分解为若干子单元，由此将被测表面几何特性的变化视为各子单元与投影仪以及摄像机之间相对位置的变化。在此基础上建立了上述位置关系的数学模型，分析了各子单元的斜率变化与其入射、反射光强的关系。结合这种关系对颜色的影响，考虑消除入射光、反射光对颜色渲染误差的作用，给出了子单元选取准则，从而提出一种不受入射、反射光强影响的颜色渲染方法。利用结构光三维测量系统得到的三维测量数据，进行了颜色渲染仿真实验和物理实验，结果表明：被测表面各局部位置的入射、反射光强得到了统一的修正，渲染后颜色分量R、G、B的误差均＜0.02(颜色分量R、G、B的取值范围限定在0到1之间)。经过渲染后的被测表面颜色信息与其真实颜色基本吻合，变换测量角度仍能获得良好的视觉效果。
颜色渲染 子单元 彩色图像 结构光重构 光强修正 colouring sub-units color image reconstruction of structure light light intensity correction 光学 精密工程
2009, 17(10): 2561
