1 天津大学 精密测试技术及仪器全国重点实验室，天津 300072
2 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094
双目面结构光三重扫描是在条纹投影双目视觉重建的基础上，追加左、右相机与投影仪构成的单目视觉系统重建点云，在反光和凹凸起伏等表面测量应用上具有更好的点云完整性优势。但由于环境温度变化影响，投影仪产生较大温度漂移，导致双目重建点云与单目重建点云发生“分层”现象。为此，文中提出了一种基于正交条纹投影的三重扫描系统温漂在线补偿方法，通过投影仪投射正交条纹来构建双目重建点在投影仪图像中准确的映射关系，并基于双目重建点在投影仪图像中的重投影误差最小化目标函数来求解温漂补偿后的投影仪最优外参数。最后，以金属球和汽车零件作为被测对象进行实验验证，在不依靠标定板等先验信息及繁琐标定流程基础上，所提在线快速补偿方法可以使得双目点云与单目点云温漂量分别减小78.2%和94.3%，极大减轻了温度变化对于三重扫描点云数据拼接影响。
三重扫描 投影仪 正交条纹 温漂补偿 triple scan projector orthogonal fringe temperature drift compensation 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230456
1 上海电力大学自动化工程学院，上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院，澳大利亚 新南威尔士州悉尼 2052
首先，充分考虑温漂序列数据前后之间的强相关性，在对光纤法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）的温漂进行建模的过程中引入时间权重的概念，为每个样本赋予不同的时间属性。然后，采用支持向量机（SVM）作为弱学习器对温漂样本进行建模，使用AdaBoost框架对多个SVM模型进行集成学习。在集成预测过程中，不仅每个模型的预测性能会影响样本的权重分配，而且样本的时间属性也会影响样本权重的更新。实验结果表明：在2 ℃的窄范围缓慢变温环境中，传统AdaBoost-SVM算法的最大温漂补偿误差为10.83 pm，而基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大温漂补偿误差降低到7.04 pm；在15 ℃的温度范围下，传统AdaBoost-SVM算法的最大误差达到11.57 pm，基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大误差仅为4.05 pm。与传统硬件方法相比，所提出的方法不需要额外硬件，为可调谐滤波器的温漂补偿提供了一种新的思路。
光栅 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗滤波器 温漂补偿 时间加权 集成学习 光学学报
2023, 43(21): 2105001
1 上海电力大学自动化工程学院，上海 200090
2 新南威尔士大学电子信息工程学院，澳大利亚 悉尼 2052
针对光纤法布里-珀罗可调谐滤波器（FFP-TF）在环境温度变化时输出波长持续漂移，引起光纤布拉格光栅（FBG）解调不稳定的现象，提出一种基于改进AdaBoost算法的温度稳定FBG解调方法。采用AdaBoost集成学习构建可调谐滤波器的温漂模型，在迭代过程中提出基于误差率差值的弱学习器权重更新方法，以增强弱学习器权重与其预测误差之间的关联，提高多个弱学习器的集成效率。实验结果表明，传统AdaBoost补偿后可调谐滤波器在温度变化环境中的最大波长漂移为14.03 pm，而基于权重更新的AdaBoost算法补偿后最大波长漂移为4.75 pm。相比传统的基于标准具和气室的温漂补偿方法，所提补偿方法不需要添加额外元件，补偿精度高。
光纤光学 光纤光栅解调 法布里-珀罗滤波器 温漂补偿 AdaBoost 权重更新
1 中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
2 北京普达迪泰科技有限公司, 北京 100083
3 天津师范大学 地理与环境科学学院, 天津 300387
为减小摄影测量中温度对测量精度的影响, 基于物理实验, 对相机自热引起的像点漂移影响机理进行研究, 提出一种针对相机自热致像点漂移补偿方法。通过摄像测量技术对不动标志点进行长期连续监测, 发现测量系统温度变化确实会引起像点漂移测量误差, 其中水平漂移测量误差可达1.11Pixel, 竖向漂移测量误差可达2.22Pixel。基于试验场标定法对相机进行连续标定, 定量分析相机温度变化与内参数值的关系, 并采用统计模型对相机内参与温度进行参数拟合, 建立温度误差补偿模型, 实现内参误差补偿。实验数据表明, 利用模型补偿后的像点漂移误差水平方向降低约0.4Pixel, 竖直方向降低约0.9Pixel, 像点漂移量显著降低, 测量精度提高。此研究提出的温度补偿模型可针对性地采取一系列相应的温度误差规避措施, 将测量误差控制在允许范围内, 为高精度摄影测量工程应用和实践提供相应的方法与理论基础。
摄像测量 相机自热 相关性分析 像点漂移补偿 camera measurement camera self-heating correlation analysis image point drift compensation
1 上海电力大学自动化工程学院, 上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院, 新南威尔士州 悉尼 2052
光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF在变温环境下产生的透射波长漂移问题,提出了一种基于集成移动窗口的温度漂移补偿方法。利用最小二乘支持向量机对透射波长和温度之间的非线性关系进行了建模,并在训练样本中建立了移动窗口。此外,为了挖掘更多的训练样本过程信息,提出了采用神经网络对各个移动窗口的补偿结果进行加权集成的方法。实验结果表明,当未引入集成移动窗口时,解调值的最大测量误差为±13.5 pm。在引入集成移动窗口后,解调值的最大测量误差为±0.82 pm,即所提方法有效提高了光纤光栅传感中可调滤波器解调的温度稳定性。
光纤光学 光纤光栅解调 集成移动窗口 温漂补偿 法布里-珀罗滤波器 最小二乘支持向量机 光学学报
2021, 41(23): 2306005
红外与激光工程
2021, 50(6): 20200494
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710000
2 西安中科华芯测控有限公司，陕西 西安 710000
光纤陀螺(FOG)输出易受环境温度的影响，发生漂移导致光纤陀螺测量精度降低。采用传统的BP 神经网络容易陷入局部极小值，导致网络训练失败。为了优化BP 神经网络，本文提出了一种粒子群(PSO)优化BP 神经网络与小波降噪相结合的光纤陀螺温度漂移补偿方法。首先分析了光纤陀螺温度漂移产生的原因；然后在不同温度下对光纤陀螺进行测试，最后采用该方法建立了光纤陀螺温度漂移模型并根据模型对光纤陀螺进行补偿，结果表明采用该方法补偿后光纤陀螺在不同温度下的输出标准差降低了60.19%，与传统的BP 神经网络相比补偿效果显著提高。
光纤陀螺 温度漂移补偿 Shupe 效应 小波降噪 启发式阈值法 fiber optic gyroscope temperature drift compensation Shupe effect wavelet denoising heuristic threshold
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
提出一种根据环境温度变化量补偿红外光谱仪系统输出灰度值的辐射定标方法。首先分析了在辐射定标和测量过程中红外光谱仪系统输出灰度值漂移的原因,推导出漂移变化量和环境温度辐射度变化量的函数关系;然后利用自主研发的非制冷型长波红外光栅光谱仪进行辐射定标实验,确定了实验室辐射定标方程和环境温度改变后通过补偿得到的辐射定标方程;最后通过实验验证了在不同环境温度下利用补偿后的辐射定标方程进行辐射测量的准确性。结果表明:在不同的环境温度下,通过漂移补偿可使光谱仪系统输出灰度值误差明显减小,其误差不超过2.4%,显著提高了非制冷型长波红外光谱仪对红外辐射的测量精度。
探测器 辐射定标 漂移补偿 黑体辐射 长波红外
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院光电工程系,北京 100191
2 上海科润光电技术有限公司,上海 201619
利用ZnS∶Cu电致发光粉末与环氧树脂胶混合，设计制作了一种梯形电极结构的电压传感单元，实现了电致发光电压传感器输出信号的温度漂移补偿。电致发光电压传感信号通过2根塑料光纤传输到2个硅光电探测器，并选择其开路电压作为传感器的输出信号。在同一外加电压条件下，梯形电极区域内的电场分布是不均匀的，因而不同场点的发光亮度不同。通过测量梯形电极区域内2个不同发光点的发光强度随外加电压的变化，并对两路输出电压传感信号进行数据拟合与计算，可获知被测电压的有效值，并可实现对输出信号温度漂移的补偿。在-40～60 ℃范围内，采用上述温度漂移补偿方法测量了有效值在0.7~1.5 kV范围内的工频电压，传感器输出信号的非线性误差低于1.6%，验证了该温度漂移补偿方法的有效性。
光学电压传感器 电致发光效应 高电压测量 温度漂移补偿 optical voltage sensor electroluminescent effect high voltage measurement temperature drift compensation
