1 中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 苏州科技大学材料科学与工程学院，苏州市微纳光电材料与传感器重点实验室，江苏 苏州 215009
运动平行度是运动台的核心参数之一，对运动台性能有直接影响。提出一种基于光斑图像的测量方法用于精确测量运动平行度。在理论推导和分析的基础上，搭建了一套精度优于50 nm的运动平行度测量系统。在此测量系统上对运动台进行运动平行度测量，运动平行度误差为11.66 μm。在根据上述结果对运动台进行优化后，最佳运动平行度误差可以达到6.22 μm。为了验证所提方法的可行性，使用位移传感器再次测量运动平行度。位移传感器测量结果与光斑图像法测量结果的均方根误差优于248 nm，即两种测量结果基本一致。
测量 表面测量 运动平行度 光斑图像法 图像处理 光学系统 光学学报
2022, 42(19): 1912005
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
5 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532nm固体激光1,2,3,4, 4.7km大气传输光斑成像探测实验。利用4000frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。
大气光学 激光大气传输 光学湍流 短曝光 光斑图像 闪烁指数
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
根据激光光线聚焦状态不同对应被测面上激光光斑形状不同的特点, 通过引入辅助激光束, 分析了调焦 CCD采集的激光光斑图像信息, 进而根据光斑形状及半径等信息确定被测面对焦状态。针对实验中每隔相同离焦距离采集的一系列光斑图像, 提出了相应的图像处理方案, 以提取所需光斑半径信息, 进而进行光斑半径与离焦量转换。实验结果表明, 光斑半径与离焦量呈线性关系, 最大线性范围灵敏度为 2.342像素 /μm, 最高可实现 0.43.μm分辨率。
激光自动对焦 光斑图像处理 离焦量检测 auto-focus using laser image processing of laser spot defocus value detection
针对被测激光器的特点，设计了基于 CCD的远场激光光斑测量系统，通过设置 CCD摄像机的控制参数，确保正确采集光斑图像，实现了图像的采集、显示、存储功能，并编写光斑图像分析软件，实现了光斑图像处理、参数计算、能量三维显示等功能。
激光 光斑图像采集 参数测量 CCD CCD laser spot image acquisition parameter measurement
1 重庆大学 通信工程学院,重庆 400030
2 重庆大学 光电工程学院,重庆 400030
在光电跟踪中,对于低信噪比(SNR)的非对称激光目标图像,采用对Z. Zeev的方法改进过的宏像素质心迭代法来定位目标可明显提高抗噪声能力。该方法利用最大宏像素概念对目标区域进行初步估计,减少了计算量,提高了目标覆盖率。通过改进权值函数和比例函数,进一步提高了抗噪声能力。对于128 pixel×128 pixel的远场红外光斑图像,大小约为4 pixel×4 pixel的非对称目标,当信噪比为-5 dB时,利用该方法得到的质心误差仅为0.3 pixel,平均每帧仅需时50 ms。
图像处理 红外光斑图像 光电跟踪 定位 宏像素
北京航空航天大学 精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191；[北京航空航天大学]
针对光笔视觉三维测量中左右两幅图像中光斑图像点的立体匹配难题，引入SoftPosit 算法将其转换为二维像点与三维物点对应关系未知情况下的位姿参数估计问题。通过将对应匹配和位姿估计融合在一起，进行捆绑迭代寻优，分别完成左右两幅图像中光斑图像点与空间光笔光斑的对应匹配，从而实现了左右两幅图像中对应光斑图像点的立体匹配。该方法基于模型，与空间点分布模式、点的数量及图像灰度无关，实验结果表明该方法切实可行，也可用于特征点的识别。
立体匹配 视觉 光斑图像 三维测量 stereo matching vision light-spot image 3D measurement
北京航空航天大学 精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
针对空间发光点所成光斑图像中心的高精度提取问题，本文提出一种亚像素提取方法。该方法建立了具有高斯能量分布的空间发光点的透视投影光斑图像灰度分布数学模型，证明了空间发光点能量中心的透视投影不变性。通过对光斑图像二阶方向导数和自相关函数的分析，获得Hessian 矩阵并推导出像素级光斑图像中心的判定条件，再将图像灰度分布函数在光斑图像像素级中心的亚像素邻域内泰勒展开，并求取光斑图像灰度分布曲面的局部极大值点作为亚像素级光斑图像的中心点。与现有经典方法的对比仿真实验结果表明，该算法具有更高精度和更好的鲁棒性，可广泛应用于视觉检测的摄像机标定、三维形貌测量等任务中(类)光斑中心的高精度提取。
图像处理 光斑图像中心 机器视觉 透视投影 image processing light-spot image center machine vision perspective projection
电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610064
在空间光通信中,光斑图像噪声直接影响质心精度.利用小波的方法估计出这种噪声属于广义的高斯噪声,因此,提出了一种基于Bayesian估计的小波降噪方法.该方法以"Haar"函数为小波基,对带噪图像作正交小波变换;通过对小波系数的概率密度函数建模,用Bayesian方法估计无噪原始图像的小波系数;用估计出的小波系数重构得到消噪图像.实验表明,对同样的光斑图像,中值滤波降噪法质心偏离1.8μm;全局阈值法小波图像消噪法质心偏离0.8μm;而Bayesian估计的图像小波消噪方法,峰值信噪比从-12.084 dB提高到10.048 dB,质心偏离仅0.03μm.
数字图像处理 小波变换 信噪比 光斑图像
中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥,230031
本文研究用多分辨率分析去除光斑图像中噪声的方法.对一幅模拟的受到噪声污染的激光光斑图像进行了处理分析,去噪后图像信噪比明显优于去噪前,且光斑主要特征参数更接近模拟的光斑参数.
小波 噪声 光斑图像 Wavelet Noise Light Spot image
