在移动空间光通信中, 激光光斑中心的快速捕获至关重要, 传统灰度重心算法很难满足高速移动空间光通信的捕获要求。针对传统灰度重心算法提出了一种优化方案, 在计算光斑中心前加入了滤波去噪、自适应二值化阈值处理, 可有效提高系统抗干扰特性; 经过粗识别光斑中心位置, 选框重心计算, 提高了检测光斑中心的速度和精确度。实验证明: 所提改进算法与传统灰度重心算法在测量精度和运算速度上进行对比, 改进算法的运算速度比传统灰度重心算法提高了一个数量级, 同时抗干扰能力更强。

为提高检测准确性, 提出激光三角法高精度测量模型, 由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成; 光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用, 针对已有激光中心定位算法的缺陷, 提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法, 通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响, 并利用多项式插值提高灰度重心法精度; 同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性, 建立CCD倾角误差补偿模型; 应用激光三角法高精度测量模型, 以STM32F407为硬件核心建立系统, 以锥螺纹为被测物进行实验; 实验结果表明: 该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集, 且精度明显高于传统的灰度重心法, 可以将锥螺纹检测的误差控制在10 μm内。

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。

为了研究液体流速对输出光场的影响, 采用数值模拟的方法,模拟了硬边正支非稳腔的有源流体激光器的输出场, 并用有限元差分法分析了不同流速条件下热流场分布, 得到了在平面波抽运光抽运, 并考虑介质的增益饱和时其输出光场的光束质量和光斑中心(峰值强度), 在实验观察到了液体流动时光斑中心发生了偏移。结果表明, 当液体流速大于1m/s时, 光束质量趋于定值, 激光光斑中心偏向于受抽运面的侧面。

在激光指令传输中，为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离，将多个特性相同的激光器矩阵排列，构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点，采用形态学滤波中的开启、闭合运算，去除背景噪声斑点，平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔，使得能以简化的分割和定位算法，快速获得接近实际的完整光斑边界，光斑中心定位精度的均方差不大于1．2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心，为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。