哈尔滨理工大学 机械动力工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
薄壁叶片在结构光检测过程中，由于其表面粗糙度较小，易产生强烈的反光现象，影响求解条纹相位主值，进而无法准确重构出三维点云。本文以加工过程中的叶片作为研究对象，提出一种对在机检测过程中的条纹图像进行图像增强处理的Retinex算法，恢复条纹在高反光位置的信息。首先，对薄壁叶片的反光特性进行分析，通过实验标定出最优曝光的灰度区间和理想灰度值，建立了光圈转动角度与图像平均灰度的相机响应曲线模型，调节光圈和曝光时间至最优曝光的灰度区间并以此作为检测条件。其次，基于Retinex算法处理条纹图像，通过改进的双边滤波代替常用的高斯滤波，在去除光照的同时有效保留了条纹的边缘信息。最后，对薄壁叶片进行单目结构光检测。实验结果表明，经本文算法处理后的条纹图像，通过Canny算子检测出的条纹数量最多，图像信息熵平均增长率达18.21%，解算的相位主值误差最小，利用手持式激光扫描仪检测的标准点云进行偏差分析，点云的正、负偏差分别降至0.0589 mm和−0.0590 mm，与原点云的偏差值相比分别减少了44.6%和44.1%，表面质量得到明显改善。本文提出的图像增强算法有效抑制了面结构光检测过程中的金属表面反光。
结构光检测 金属反光 图像增强 双边滤波 薄壁叶片 structure light detection metal reflection image enhancement bilateral filter thin walled blade
辽宁工程技术大学 机械工程学院,阜新 123000
为了解决地磅在煤矸石装载量称重中效率低、成本高等问题, 提出了一种基于激光三角法的非接触式煤矸石装载体积测量方法。首先通过CCD相机实时采集激光器投射在满载煤矸石的运动车厢表面的激光条纹信息, 并采用中值滤波和基于Otsu算法的阈值分割法对图像进行预处理, 实现图像有效区域的提取; 然后使用基于骨架的灰度重心法提取激光条纹的中心线; 最后采用黎曼积分计算车辆的煤矸石装载量。结果表明, 此系统结果误差控制在4%以内, 符合系统运行要求, 证实了该测量方法的可行性与实用性。该研究为复杂环境下公路运输管理的装载量测量提供了参考。
激光技术 激光三角法 线结构光 中心提取 体积测量 laser technique laser triangulation line-structure light center extraction volume measurement
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
噪声处理技术是结构光测量中的一个很重要的技术。投影光强在低环境光照强度下呈现指数传播特性,存在严重的噪声,降低了结构光测量的精度。为了解决此问题,提出了一种基于π/3相移的噪声补偿算法。经过相移,信号的强度反转,噪声强度相应反转,相移前和相移后的噪声叠加取平均,就可以达到噪声补偿的效果。实验表明,该算法简单易用,可以大大消除乘性噪声,提高测量的精度。
结构光测量 噪声补偿算法 乘性噪声 相移 三维测量 structure light measurement noise compensation method multiplicative noise phase shift 3D measurement
在单目结构光的三维测量系统中, 由于投影仪倾斜投影,参考平面上的条纹周期展宽, 给测量带来误差, 降低了测量精度。同时受大物体自身几何和形貌等因素的影响, 以及相交轴测量系统的限制, 其单幅面测量范围受限, 很难一次测量大物体完整的三维形貌, 而且在测量大物体时, 摄像机镜头非线性畸变也影响测量精度。根据参考平面上光栅条纹的周期变化规律, 提出了一种适用性好、方便快捷的条纹周期校正的理论模型,在此基础上,提出了基于条纹周期校正的四步相移法的理论模型, 进而提出了基于条纹周期校正的时间相位展开法的理论模型。采用摄像机镜头非线性畸变校正模型, 提高测量精度。在被测物表面粘贴标志点, 获取其三维坐标, 利用SVD分解和L-M优化算法求取转换矩阵, 并在设定的全局坐标系下实现三维图像拼接, 采用线性加权算法, 对重叠区域进行图像融合。实验结果表明, X轴的拼接误差为0.14 mm, Y轴的拼接误差为0.16 mm, Z轴的拼接误差为0.19 mm, 其拼接误差均在测量误差允许范围之内。
单目结构光 大物体 周期校正 三维拼接 标志点 monocular structure light large object cycle correction three-dimensional registration marked points
深圳大学电子科学与技术学院深圳市微纳光子信息技术重点实验室, 广东 深圳 518060
针对现有的360°三维测量系统结构复杂、标定要求高、测量时间长等问题, 提出了一种结构简单、测量速度快的单传感器360°三维测量系统和一种操作方便、精度较高的标定方法。该系统由条纹投影系统、摄像机、两个前表面反射镜组成。测量时, 物体点云数据由三部分组成, 前表面通过摄像机获取, 对应于所拍图片的中间区域, 左右两面分别由左右两块前表面反射的平面镜获取, 分别对应图片的左右两区域。先对不含反射镜的系统进行标定, 然后加入两套反射镜, 利用透过式投影屏完成对左右两套系统的二次标定, 获得全局坐标系下的物体三维数据。实验表明, 该系统搭建成本较低, 标定精度较高, 重建速度快, 适合现场标定。
测量 三维测量 结构光 标定
华南理工大学 广东省光电工程技术研究中心, 物理与光电学院, 广东 广州 510640
首先利用电流路径模型分析n型电极尺寸及间距等对垂直结构发光二极管(VS-LEDs)电流分布均匀性的影响, 依此设计出一种螺旋状环形结构电极。其次, 通过建立有限元分析软件Comsol仿真模型模拟VS-LEDs有源层的电流密度分布, 发现螺旋状环形结构电极的环间距越小, 电流密度分布越均匀。最后, 利用VS-LEDs芯片制备技术实现具有螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。实验结果显示, 在350 mA电流驱动下, 电极环间距为146.25 μm的芯片具有最大的功能转换效率, 达到26.8%。
氮化镓 垂直结构发光二极管 电流分布 螺旋状环形结构电极 GaN vertical-structure light-emitting diodes(VS-LEDs) current distribution annulospiral electrode
针对结构光自扫描测量系统参数标定问题，提出了一种基于共面法的高精度标定方法，能够同时标定系统的内外参数。建立了相机和系统模型，采用张正友方法标定相机和平面棋盘靶标内外参数，针对系统标定需求完成了靶标位置规划，在同一光平面下变换靶标位姿获取共面光条中心点，利用多组中心点数据分别求解各光平面方程。由于多个平面交线不唯一，定义了优化目标函数对振镜转轴在相机坐标系下的表达进行优化求解，求得振镜坐标系与相机坐标系的转换矩阵完成标定。该方法标定过程简单，算法运算量小，便于现场标定。结果表明，标定方法具有较高精度，能够满足测量要求。
测量 结构光 自扫描 标定 棋盘靶标 单应性
1 上海交通大学电子信息与电气工程学院电子系, 上海 200240
2 昆山龙腾光电有限公司, 江苏 昆山 215300
针对现有的量子点薄膜液晶显示背光技术中存在的材料利用率低和光学效率不高的缺点，提出了直接在导光板上制备量子点微结构的方法。新的背光架构由蓝光发光二极管(LED)激发量子点形成高显色性的白光。根据搭建显示背光系统模型，研究光线追踪的仿真模拟和光学参数优化，证明新结构的量子点背光具有高出光效率和低成本的优点。实验与理论结果相一致。
光学设计 微结构导光板 光线追踪 量子点 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 022201
1 上海应用技术学院材料与工程学院, 上海 201418
2 上海应用技术学院理学院, 上海 201418
研究了1.16 mm GaN基蓝光芯片的垂直封装结构LED和倒装封装结构LED在驱动电流达到和超过工作电流350 mA的发光特性和变化趋势。随着驱动电流的逐渐增大, 与垂直结构LED相比, 倒装结构LED光通量的饱和电流值增加350 mA, 在1 200 mA电流时的光通量高出25.9%, 色温的异常电流值增加了400 mA, 发光效率平均提高8l m/W。实验结果表明, 倒装结构LED具有更高的抗大电流冲击稳定性和光输出性能, 可有效提高LED在实际应用中使用寿命。
垂直结构LED 倒装LED 光通量 发光效率 色温 vertical structure light-emitting diode (LED) flip-chip LED luminous flux luminous efficiency color temperature
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
设计了一种高速扫描频闪激光光栅条纹实时投射系统。系统通过现场可编程门阵列(FPGA)实时监测光电探测器信号并控制激光器的调制输出，使高速旋转的多面棱镜与线激光器调制信号精确配合产生稳定、清晰、精密的频闪激光光栅条纹。系统结合了光栅条纹整体投射和线激光光源高精度的特性，具有刷新速度快、条纹分布精度高的特点，且亮度、频率、脉宽、相移可动态编程实时控制。应用该系统对微小尺寸器件进行了测量，获得了准确反映被测器件三维形貌的相位和特征点数据。该系统在高精度快速三维形貌测量中，尤其是工业现场精密器件在线三维检测场合具有广泛的应用前景。
光学器件 三维形貌测量 结构光 频闪投射 光学学报
2014, 34(11): 1112002
