1 西安理工大学图书馆, 陕西 西安 710048
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
3 西安市无线光通信与网络研究重点实验室, 陕西 西安 710048
4 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710126
ToF （Time of Flight）深度相机是获取三维点云数据的重要手段之一，但ToF深度相机受到自身硬件和外部环境的限制，其测量数据存在一定的误差。本文针对ToF深度相机的非系统误差进行研究，通过实验验证了被测目标的颜色、距离和相对运动等因素均会对深度相机获取的数据产生影响，且影响均不相同。本文提出了一种新的测量误差模型对颜色和距离产生的误差进行校正，对于相对运动产生的误差，建立了三维运动模糊函数进行恢复，通过对所建立的校正模型进行数值分析，距离和颜色的残余误差小于4 mm，相对运动所带来的误差小于0.7 mm。本文所做工作改善了ToF深度相机的测量数据的质量，为开展三维点云重建等工作提供了更精准的数据支持。
ToF深度相机 深度误差 误差校正 ToF depth camera depth error error correction
1 烟台大学物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
3 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室，陕西 西安 710119
4 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190
针对标准泡法在远距离SO2监测定标不准确的实际问题，开展定标误差校正方法研究。首先，基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论，提出消除光稀释效应影响的图像校正方法；然后，在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上，对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化；最后，综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线，并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO2柱密度图像以及SO2排放速率之间差异。结果表明，所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%，验证了该误差校正方法的有效性和准确度。
大气光学 SO2紫外相机 标准泡法 定标曲线 光稀释效应 误差校正 排放速率
1 华北电力大学 电子与通信工程系
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室， 河北 保定 071003
FBG形状传感器的铺设角度偏差导致曲率和挠率测量误差，进而影响形状传感器的重构精度。针对该问题，文章提出了一种基于鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm，WOA)的FBG铺设角度偏差自矫正模型。重构实验验证了所提方法的有效性，不同形状的远端重构误差分别从11.66和22.6mm降低至5.63和10.47mm，相对误差分别从2.56%和4.96%降低至1.21%和2.25%，相对误差从2.56%和4.96%降低至0.95%和2.06%。
形状重构 光纤布拉格光栅 误差修正 鲸鱼优化算法 shape reconfiguration FBG error correction whale optimization algorithm
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003
光纤布拉格光栅（FBG）形状传感器的铺设角度偏差和标定误差影响检测点曲率和弯曲方向的测量精度，进而导致形状重构误差。针对该问题，提出了曲率和弯曲方向的误差修正模型，以及FBG铺设角度偏差和标定误差自校正模型。利用自校正模型优化FBG的铺设角度和标定系数，并将其代入曲率和弯曲方向误差修正模型，从而提升了形状传感器的重构精度。对模型进行了仿真和实验验证，误差修正后，不同形状的远端重构误差分别从11.66 mm、14.42 mm和22.6 mm降低为4.43 mm、5.67 mm和9.57 mm，相对误差分别从2.56%、3.1%和4.96%降低至0.95%、1.22%和2.06%。所提模型为FBG形状传感器重构提供了一种有效的误差修正方法，不需要复杂的实验校准过程，在FBG形状测量场景中具有较大的应用潜力。
形状重构 光纤布拉格光栅 误差修正 种群优化 光学学报
2023, 43(22): 2228002
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
3 上海市在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
4 中国合格评定国家认可中心 北京 100062
相位测量轮廓术因其简单低廉的特点被广泛用于光学三维测量领域，高精度的相位获取是测量的关键步骤。多频外差是相位测量轮廓术中常用的解包裹相位算法，针对多频外差解相位后产生的相位跳跃性误差，提出一种基于多频外差原理的相位校正方法。利用传统相移法和多频外差求出包裹相位和展开相位，针对展开相位中出现的跳跃性误差，通过展开相位对误差产生原因和误差位置进行初步确定，将多个频率的包裹相位进行对比，确定误差是否真实存在，对出现误差的像素点进行修正得到新的展开相位。实验结果表明：在对表面形状规则的物体测试时，展开相位光滑无跳跃性误差，表面三维重建无异常凹凸区域，实现了对解相位中跳跃性误差的消除，验证了该校正方法的有效性。
误差校正 多频外差 展开相位 跳跃性误差 error correction multi-frequency heterodyne unwrapping phase jumping error 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220697
北京控制工程研究所空间光电测量与感知实验室，北京 100190
调频连续波（FMCW）激光雷达具备同步高精度测距测速能力，在空间目标测量等领域中有重要应用前景。然而，目标高速运动导致雷达干涉中频信号发生频谱展宽，对测量精度形成了严重影响。为此，对FMCW激光雷达测量高速目标问题开展理论分析，建立了中频信号频谱的理论表述，利用频谱对称性的特征，提出了一种新型的基于频谱自卷积的中频频率解算算法。通过数值仿真进行验证，证实此算法可有效校正频谱展宽导致的测量误差，实现目标距离和速度的高精度测量，与传统方法相比，可在相同信噪比条件下实现测量精度三个数量级以上的提升。此算法运算量小，抗噪声干扰能力强，且应用前景广阔，对于推进FMCW激光雷达在空间碎片观测预警等空间技术领域的应用具有积极意义。
测量 激光雷达 调频连续波 频谱展宽 误差校正 中国激光
2023, 50(13): 1310003
1 哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所，黑龙江哈尔滨5000
2 北京航天计量测试技术研究所，北京100076
为实现调频连续波（Frequency-modulated Continuous-wave，FMCW）激光雷达的高精度测量，针对激光雷达机械加工及装配过程中引入的几何结构误差，提出了基于激光雷达坐标测量误差的系统误差模型及误差修正方法。建立了激光雷达坐标系组，分析了空间坐标测量误差的来源。通过坐标系间的变换矩阵，实现了测量坐标的几何误差传递。然后，归并各坐标系的几何误差，建立了显式的激光雷达几何空间坐标误差表达式。并以此为基础，建立最小二乘优化目标，解算各项误差因子和修正后坐标。求得的误差因子可以用作后续坐标测量结果的修正。最后，基于该方法设计了一套以激光跟踪仪为高精度测量仪器、以靶球球心位置为标准点的标定场，使用激光跟踪仪与激光雷达测量相同位置的靶球完成系统误差修正。实验结果表明，经修正激光雷达空间距离测量的平均误差由0.044 8%下降到0.003 8%，误差极大值由4.17 mm下降到0.30 mm，验证了激光雷达几何结构误差标定和误差修正方法的有效性。
激光雷达 几何结构误差 最小二乘法 误差修正 lidar geometric error least square method error correction
云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500
为了降低光谱反射率重建设备的复杂度和成本并且在宽带光谱上进行更高精度的反射率重建，采用宽带多光谱成像的方法，将投影仪的红、绿、蓝三色光作为光源，用彩色数码相机对光谱图像进行采样。在主成分分析法的基础上引入加权系数，以及误差校正函数，利用改进后的方法重建色卡、染色纸张、油画表面的反射率。选取表征反射率重建精度的均方根误差、拟合度系数、光谱匹配偏度指数3个指标，对所提方法与主成分分析法和加权伪逆法的重建结果进行对比，结果表明：所提方法的重建精度较主成分分析法提高了约45%，较加权伪逆法提高了约30%；由所提方法计算的反射率重建的颜色色差值也优于后两者。
光谱学 光谱反射率重建 主成分分析法 加权系数 误差校正
在相位测量偏折术(Phase Measuring Deflectometry, PMD)中为获取面形梯度, 需要分别获取水平和垂直相移条纹图像, 因此所需图像通常较多。为了减少条纹投影幅数, 提出一种新的基于复合条纹的相位获取方法, 通过将水平和垂直相位信息叠加形成斜条纹, 实现基于5幅复合斜条纹的相位获取方法, 相位测量精度高于5步正交光栅相移方法。进一步当系统存在非线性响应时, 提出了基于7幅斜复合条纹的相位获取方法, 可有效消除系统2阶非线性误差。计算机仿真和实验表明所提方法切实可行, 其测量精度高于采用同样帧数的正交条纹方法。
偏折术 条纹分析 非线性分析 相位误差校正 deflectometry fringe analysis nonlinear analysis phase error correction
