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
天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室，天津 300072
提出一种基于二维图像基准的动态线扫描点云校正方法，采用基于重投影图像全局变换和基于重投影图像光流分析的两步式校正手段，实现点云轮廓与二维图像基准在复杂扰动下精准、可靠的关联，优化每条点云轮廓的位姿，并结合图像和点云信息设计基于低噪声基准的校正补偿方法，实现6自由度全面校正。这为运动状态下基于点云的细节分析检测提供了有效的技术支持。
测量 视觉测量 点云 线扫描 校正 扰动
北京交通大学物理科学与工程学院，北京 100044
针对当前线阵相机几何标靶标定精度不足的问题，提出了一种基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法。针对线阵相机成像特点，设计了结合相位与格雷码的绝对相位编码标靶。标定时首先由线阵相机获取标靶图像，计算标靶的绝对相位；然后在空间不同位置处摆放标靶，采用辅助面阵相机获取标靶间的相对位置关系，建立线阵相机图像与空间点的精确对应关系；最后采用两步法标定获取线阵相机内两相机间的坐标变换关系。仿真与实验结果表明：标定的最大重投影误差为0.089 pixel，与现有方法相比降低了79.78%，所提方法具有良好的抗噪、抗离焦性。
测量 相机标定 线阵相机 相位标靶 视觉测量
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 哈尔滨工业大学物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
3 长春理工大学光电测量和光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
采用皮秒Z扫描与泵浦探测技术研究了硫系玻璃（Ge28Sb12Se60）薄膜掺杂Bi元素对其光学非线性及超快动力学过程的影响。Z扫描实验结果表明，Bi元素的掺入对反饱和非线性吸收具有明显的增强作用，这与Tauc方程的计算结果相吻合。通过泵浦探测技术，求得样品具体的动力学参数，并利用三能级结构模型，对其超快动力学过程进行了探究。掺Bi硫系玻璃薄膜的非线性响应机制为激发态吸收，研究发现Bi元素的引入进一步增大了样品的激发态吸收截面。
非线性光学 硫系玻璃 Z扫描 泵浦探测技术 光学学报
2023, 43(23): 2319001
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 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
本文通过电子束蒸发技术制备了金属锡掺杂浓度不同的一系列ITO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见光-近红外分光光度计、四探针测电阻仪和Z扫描系统分别对ITO薄膜的物相结构、微观形貌、光学吸收、方块电阻和非线性光学性能进行测试和表征。结果表明, 随着金属锡掺杂浓度由10%增加到30%: ITO薄膜的结晶质量增加; 薄膜表面粗糙度增加, 晶粒尺寸逐渐增大; 等离子体吸收增强, 且吸收峰的位置发生红移, 光学带隙变窄; 薄膜的方块电阻不断减小; 非线性吸收系数逐渐增加, 绝对值最大可以增至2.59×10-7 cm/W。时域有限差分拟合结果表明金属锡掺杂浓度不同的ITO薄膜电场强度变化规律与实验结果相一致。
氧化铟锡 局部表面等离子体共振 非线性光学响应 Z扫描 增强电场 掺杂 电子束蒸发 ITO LSPR nonlinear optical response Z-scan enhanced electric field doping electron beam evaporation
Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education and Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
In this study, a batch of indium tin oxide (ITO)/Sn composites with different ratios was obtained based on the principle of thermal evaporation by an electron beam. The crystalline structure, surface shape, and optical characterization of the films were researched using an X-ray diffractometer, an atomic force microscope, a UV-Vis-NIR dual-beam spectrophotometer, and an open-hole Z-scan system. By varying the relative thickness ratio of the ITO/Sn bilayer film, tunable nonlinear optical properties were achieved. The nonlinear saturation absorption coefficient maximum of the ITO/Sn composites is , approximately 21 and 1.72 times more enhanced compared to monolayer ITO and Sn, respectively. Moreover, the improvement of the sample nonlinear performance was verified using finite-difference in temporal domain simulations.
ITO/Sn composite film Z-scan nonlinear absorption characteristic synergistic effect electric field enhancement Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081902
江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏 无锡 214122
利用蒙特卡罗模拟和光密度算法评估线扫描成像系统对被测样品内部缺陷的检测性能。首先，引入三维体素分割方法，实现对内部缺陷不规则组织边界的精细划分，以改善传统蒙特卡罗方法难以准确模拟复杂组织的光学传输问题；分析了仪器参数对光子在组织内部的穿透深度、探测器的探测深度和表面漫反射率的影响，确定了最佳的参数配置；最后，利用光密度算法评估了系统对不同大小和深度缺陷的检测性能。仿真结果表明，在光源入射角为15°、光源-探测器距离为1 mm的条件下，线扫描成像检测系统能够兼顾光子探测深度和表面反射率；对于大（a=2 mm，b=3 mm，c=1 mm）、中（a=2 mm，b=2 mm，c=1 mm）、小（a=2 mm，b=1.5 mm，c=1 mm）三种尺度的椭球体缺陷，系统的缺陷深度检测限分别为3.5 mm、3 mm、2.7 mm。本研究结果为面向水果等农产品内部缺陷检测的线扫描成像系统的参数优化和性能评估提供了理论依据。
线扫描成像系统 蒙特卡罗模拟 内部缺陷 光密度算法 水果 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1215005
1 北京大学 高能物理研究中心 北京 100871
2 北京大学 物理学院 北京 100871
3 核物理与核技术国家重点实验室 北京 100871
探寻量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图的临界点是相对论重离子碰撞实验低能量扫描（Beam Energy Scan program in Relativistic Heavy-Ion Collisions，RHIC-BES）项目的重要实验目标。初步的实验探测发现了净质子数涨落随着对撞能量的非单调行为，定性上符合基于静态模型的理论预言，这暗示着QCD临界点的存在。由于相对论重离子碰撞是一个高速膨胀的体系，动力学效应能显著地改变QCD临界点附近的临界涨落。为最终确定QCD临界点的存在以及研究QCD在有限温有限密区域的相结构，人们发展了一系列QCD临界点附近的动力学模型。本文回顾了近年来关于寻找QCD临界点在实验测量和理论模型的进展，着重强调在临界点及一级相变区域动力学模型的发展和挑战。
QCD相图及相变 相对论重离子碰撞低能量扫描 动力学模型 QCD phase diagram and phase transition Beam energy scan program in Relativistic heavy-ion collisions (RHIC-BES) Dynamical models
