1 盐城工学院 电气工程学院, 盐城 224051
2 盐城师范学院 物理与电子工程学院 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心, 盐城 224007
3 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台, 盐城 224007
传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。
光学设计 2维扫描系统 测风激光雷达 旋转双楔形棱镜 光束指向 正反解 optical design 2-D scanning system wind LiDAR rotational double wedge prism beam steering forward and inverse solutions
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 天津津航技术物理研究所，天津 300308
以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标，基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论，建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型，提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时，将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中，分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根（RMS）波前差，并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。
成像系统 红外成像 微透镜阵列 扫描系统 动态波像差 矢量像差理论 光学学报
2023, 43(19): 1911002
1 西安石油大学，陕西 西安 710065
2 青海民族大学物理与电子信息工程学院，青海 西宁 810007
当前的动态目标识别方法在场景复杂的图像中，因为无法采集足够多的特征信息，导致识别结果应用性受限。基于三维激光点云提出一种运动图像动态目标识别方法。利用三维扫描系统获取运动点云图像特征，在不影响有效信息采集的情况下，进行图像预处理；引入地平面方程，将图像背景点云与被识别目标点云通过欧式聚类法分割，提取处理后的被识别目标关键点，并采用Freeman链码检测边缘特征，完成运动图像动态目标识别。试验对比结果表明，所研究基于三维激光点云的运动图像动态目标识别方法，对动态目标有良好的鉴别能力及较好的识别精度，且所需动态目标识别时间较短。
动态目标识别 三维扫描系统 点云图像 图像预处理 关键点提取 边缘特征检测 dynamic target recognition three-dimensional scanning system point cloud image image preprocessing key point extraction edge feature detection
红外与激光工程
2021, 50(4): 20200296
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800；中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
在激光三维成像雷达中，双光楔扫描是一种常用的扫描方式，具有能耗小、精度高、抗震性好等优点，并可有效减小系统的体积。但其扫描轨迹复杂，扫描点存在较大的冗余。首先基于一级近似公式研究了扫描轨迹的规律，随后分析了扫描轨迹间距和扫描点间距的变化特征，最终确定了全视场覆盖时的双光楔扫描参数，并由轨迹分布特征给出了降低冗余的方案。结果表明，全视场覆盖时，反向旋转和同向旋转具有相同的最小冗余2π，除旋转方向外，其他扫描参数完全相同。有效扫描视场和分辨率一定时，特定转速对下，部分覆盖的反向旋转可减小1/4的冗余；半周期的同向旋转可减小1/2的冗余。冗余降低的同时提升了成像的帧频。
激光扫描系统 双光楔 冗余度 图像分析 laser scanning system Risley prisms redundancy image analysis 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190508
1 山东科技大学 测绘科学与工程学院，山东 青岛 266590
2 山东科技大学 海洋工程研究院，山东 青岛 266590
3 青岛秀山移动测量有限公司，山东 青岛 266510
车载移动测量系统是一种多传感器高度集成的测量设备，系统精度不仅取决于集成的传感器精度，还受激光扫描仪与组合导航系统之间安置参数检校的准确度影响。考虑到安置参数检校方法的便捷、有效性以及系统最终精度评估，提出一种基于参考面特征约束的车载移动测量系统安置参数检校方法。该方法根据包含系统安置参数的激光扫描点定位方程，利用参考面上的激光扫描点到参考面方程距离偏差最小作为约束条件，同时考虑到安置参数旋转量与偏移量间存在相关性，采用分步解算方法将旋转和平移量进行分开求解。最后，通过采集检校场和外场数据进行系统内符合和外符合精度评估。实验结果表明：该方法能够有效的消除安置误差影响，检校后内符合精度为0.007 m，外符合精度为0.024 m。
车载移动测量系统 面特征约束 安置误差检校 vehicle mobile laser scanning system planar feature constraint boresight calibration 红外与激光工程
2020, 49(7): 20190524
武汉大学 电子信息学院, 湖北 武汉 430079
光束扫描系统是激光雷达的重要组成部分, 决定了激光雷达的视场范围。为了增大视场范围同时保持一定的角度分辨率, 车载激光雷达中常采用多个半导体激光器作为光源, 而不同激光器的时间响应存在差异, 使激光雷达的不同测距通道之间产生测距互差。 Risley棱镜是一种常用的光束指向器件, 具有扫描范围大、指向精度高等特点, 在车载激光雷达的光束扫描上具备良好的应用前景。本文建立了Risley棱镜的光束指向角模型与扫描轨迹模型, 在此基础上合理设计了扫描系统的光机结构, 解决了Risley棱镜扫描不均匀的问题, 用单路激光光源实现了大视场的二维扫描, 水平视场角和垂直视场角分别达到360°和30.4°, 当激光器脉冲重频为1 MHz, 扫描频率为5 Hz, 扫描线数为30线时, 水平分辨率为0.05°, 垂直分辨率为1.0°。该系统的技术指标与主流车载激光雷达相当, 且消除了多路激光器之间的互差, 可有效提高激光雷达的整体测距精度。
车载激光雷达 Risley棱镜 光束扫描系统 二维扫描 mobile lidar Risley prisms beam scanning system two-dimensional scanning
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海海潮新技术研究所, 上海 200070
潜在指印的检测是物证检测中关键的一步。针对多种渗透性纸张上遗留的潜在指印,基于潜在指印残留物中有机物成分在紫外光激发下会产生荧光的特性,采用266 nm紫外激光器作为激发光源,通过二维激光扫描系统对潜在指印区域进行快速扫描,采用窄带滤光片滤除干扰光,以指印条纹对比度作为依据优化实验参数,采用剔除奇异亮点和提高对比度的方法复原指印荧光图像。通过对复印纸、书写纸、学生作业纸、便利贴和报纸这5种渗透性纸张上的汗指印和油指印进行检测,获得了汗指印和油指印的清晰图像。该方法可实现渗透性纸张上潜在指印的无损检测,在刑事侦查、痕迹检测等多个领域具有重要应用。
光电子学 本征荧光 指印检测 渗透性纸张 潜在指印 紫外激光 二维激光扫描系统
1 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
为了满足宽幅长波红外高光谱成像需求, 基于光导型碲镉汞线列探测器和平面闪耀光栅, 提出了一种在长波红外8~12.5 m范围内具有150个连续波段、30°成像视场角、基于地面应用的低成本、轻小型高光谱扫描成像系统的设计方法。该系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成, 两机构同步控制以实现精细分光和宽幅成像功能。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光的波长、视场扫描角度与成像视场角间的关系式。在分析扫描系统扫描定位精度的基础上, 设计了一套以步进电机为运动核心, 采用“摆扫定位+停止成像”工作模式的扫描系统。实验表明, 该扫描系统可满足系统视场定位精度及分光精度的要求。获取的硅碳棒在长波红外波段的发射光谱曲线表明该系统的设计合理有效。该扫描系统的设计方法对长波红外高光谱系统的设计具有一定的指导意义。
高光谱成像系统 长波红外 线列探测器 扫描系统 hyperspectral imaging system long-wave infrared linear detector scanning system
1 中国人民解放军63908部队, 河北 石家庄 050000
2 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050000
3 中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471000
对比分析现有光束扫描系统的优劣, 提出采用二维振镜扫描系统作为多光谱集成靶标的光轴调向装置, 光轴调向装置的调向精度影响多光谱集成靶标的校准精度。通过对二维振镜扫描系统调向误差进行分析, 建立二维振镜扫描系统调向模型, 并进行了二维振镜扫描系统调向误差测量实验。结果表明: 二维振镜扫描系统的方位角误差和俯仰角误差小于8″, 调向角误差小于9″, 调向误差小于10″, 能够满足多光谱集成靶标光轴调向精度要求。
光轴调向 二维振镜扫描系统 误差分析 多光谱集成靶标 optical axis alignment 2D galvanometer scanning system error analysis multispectral integrated target
