光通信研究
2024, 50(2): 22007301
为了扩展准直测量的应用领域,提高测量范围是最为有效的手段之一,因此用于准直测量的鱼眼相机应运而生。针对准直测量用鱼眼相机标定精度不高的问题,提出了一种基于插值形式的径向粗标定及基于栅格形式的补偿精标定的两步式准直测量用鱼眼相机标定方法。该方法使用插值而并非构建成像模型,能够有效避免模型不准确及参数设置不合理而引入的系统误差,并且可以在一定程度上抑制镜片加工的非对称性及光学系统装调所带来的偏差。区别于图像评价的峰值信噪比(PSNR)以及结构相似性(SSIM)等性能指标,该方法选择的平均重投影误差(MRE)这一指标能够更有效地衡量准直测量使用条件下相机标定结果的优劣。仿真对比实验结果表明该方法在4种虚拟鱼眼相机模型上的标定效果皆优于传统标定方法,与传统的方法相比,标定的不确定度最大能够改善82.63%。样机标定实验结果表明,该方法能够有效标定真实的准直测量用鱼眼相机,在搭建的真实样机上应用该标定方法后,样机的入射矢量解算的不确定度能够提升至角秒级。
准直测量 鱼眼相机 标定 畸变矫正 collimation measurement fisheye camera calibration distortion correction 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230549
1 苏州大学光电科学与工程学院&苏州纳米科技协同创新中心,江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室,江苏 苏州 215006
在非球面零位干涉检测中,待测面检测误差分布与实际误差分布间存在干涉投影畸变。针对目前投影畸变校正方法计算复杂、通用性差等问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的投影畸变校正方法。该方法首先在待测面上加入井字形柔性遮挡物,并根据投影畸变系数范围合成干涉图像作为CNN的数据集;然后选择合适的网络结构基于该数据集来训练网络;最后将实际干涉图像输入该网络以预测畸变系数,从而实现投影畸变的标定与校正。实验结果表明,该方法的理论校正误差小于1 pixel,实际误差校正精度优于传统标记点法,证明了该方法高效可行。
干涉检测 畸变校正 深度学习 卷积神经网络 系统标定 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0805001
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 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光材料重点实验室,上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心,北京 100049
随着激光脉冲宽度极限的不断突破以及峰值功率的不断提高,脉宽压缩光栅的尺寸需要进一步增大。但反射式曝光系统所需大口径长焦距离轴镜的高精度加工检测成为制约大口径光栅制作的难题。采用计算全息补偿检测不需要复杂的设计和装调,但同样会引入非回转对称和复杂的二维投影畸变。传统的畸变校正方法由于精度受限或计算复杂不利于工程应用。提出基于数值计算的畸变校正方法,该方法具有简单通用易于编程的优点。利用800 mm口径折反镜在直径为18 m光学平台上搭建了面形检测光路,通过系统误差标定去除以及畸变校正的方法实现了高精度面形测量,经磁流变迭代加工后,面形精度RMS可收敛至0.013λ(λ=632.8 nm),这为后续大口径反射式曝光系统的建立奠定了基础。
离轴抛物面镜 计算全息图 误差标定 投影畸变校正 中国激光
2023, 50(23): 2304002
湖南大学机械与运载工程学院,湖南 长沙 410082
针对当前线扫相机标定过程复杂且需外部辅助装置的问题,提出建立在2D空间中的线扫相机静态标定方法。首先,从应用角度出发,将3D空间的线扫模型推导至2D空间,建立2D空间线扫相机成像模型,设计一种新型的线扫相机标定板。接着,利用交比不变性原理对2D空间的线扫相机模型进行求解。最后,提出一种利用畸变变化量的畸变拟合策略,解决小畸变情况下畸变矫正误差过大的问题,取得了良好的畸变矫正效果。实验结果表明,所提2D空间中的线扫相机静态标定方法标定过程简便,不受现场环境限制,标定精度较高,取得0.06 mm的平均绝对误差(约1.5像素),误差标准方差稳定在0.068以下。所提方法基本满足在中低标定精度下的应用要求,具有较高的实际应用价值。
线扫相机标定 2D空间线扫相机模型 线扫标定板 畸变矫正 交比不变性 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211001
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京 100192
2 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室,北京 100192
3 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
采用摄影测量方法对航天器天线面形进行在轨高精度测量,需对大视场角相机内外参数进行实时在轨标定。恒星可作为不变基准辅助在轨相机标定,但需对所拍星图中的星点进行识别得到其星点矢量信息。提出了一种针对大视场角相机所拍星图的快速识别方法:首先,结合标定结果的星图识别策略,提高匹配准确性;然后,基于四颗星星间角距的标签搜索匹配方法,将复杂度减小至线性,实现快速准确匹配;最后,基于反投误差分析的匹配检验方法,避免误识别。实测实验表明:对采集到的2000张星图进行识别,相比于传统三角形星图识别算法,所提方法兼顾了识别速度和识别率,识别率达到99.5%,识别时间减少75%,证明此方法合理有效,可节省存储空间,提高星图识别速度,提高星图识别率,具有很好的实用价值。
大视场角相机 相机内外参数 畸变校正 快速星图识别 在轨标定 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210004
1 兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃 兰州 730050
2 甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃 兰州 730050
3 南京航空航天大学自动化学院,江苏 南京 210016
4 苏州注视科技有限公司,江苏 苏州 215000
5 珠海复旦创新研究院,广东 珠海 519031
利用三维空间直线投影到图像平面依旧为直线的特性,提出了一种基于双直线的镜头畸变参数估计方法。首先使用两条直线所对应的畸变边缘推导出了畸变参数所满足的等式,并使用实际图像的大小确定了畸变参数的分布范围。随后构建了包含畸变参数的优化目标函数,采用枚举搜索的方法得到了最佳的畸变参数。仿真和实际实验表明,提出的方法虽然仅采用了两条直线,但可以准确且有效地估计镜头畸变,相比于主流方法具有明显的优势。
机器视觉 图像处理 直线特征 畸变矫正 径向畸变 光学学报
2023, 43(13): 1315001
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041001