TOF(Time-Of-Flight)相机获取的深度值存在着边角畸变和精度偏移, 目前主要是通过误差查找表或曲线拟合等技术进行误差补偿, 计算量大且补偿速度慢。通过对TOF相机在不同距离的深度误差分布规律的分析, 提出了一种实时、高精度的误差补偿方法。该方法利用TOF深度图像的旋转对称性以及误差分布的特性, 简化了误差补偿模型、降低参数数量级, 有效提升了补偿的精度和速度。将算法应用于基于TOF原理的Kinect v2深度传感器进行深度补偿, 使得有效距离内平面度误差下降到0.63 mm内, 平均误差下降到0.704 0 mm内, 单帧数据补偿时间在90 ms内。由于该算法仅基于光径差进行补偿, 因此适用于所有TOF原理的相机。实验结果表明, 该算法能够快速有效减少TOF相机的深度误差, 适用于实时、高精度的大视场三维重建。

采用两路光子时间到达点构建光纤式光子计数伪随机码深度获取系统.为了研究降低深度误差的方法, 以高斯函数为激光回波脉冲, 计算瞬时概率密度函数, 引入”时间行走“效应数学模型, 推导深度误差克拉美罗下限.随着激光回波能量的增大, 深度误差先降低再增大, 并且码长越长, 深度误差越小.采用理论推导的累积分布函数, 生成光子时间到达点, 蒙特卡洛仿真伪随机序列光子探测过程, 结果大于理论数值模拟, 符合克拉美罗下界原理.17组标定实验表明: 由于目标表面特性的不同而导致探测到激光回波中光子数的浮动, 该浮动引发光子”时间行走”效应, 并带来伪随机码深度获取系统的互相关函数的整体偏移.采用数值拟合方程拟合不同光子计数比例值下的深度误差, 测量得到的光子计数比例值, 代入拟合的矫正方程, 矫正后的深度均方误差下降至1 cm.

基于标量衍射理论推导出了分频光栅的各级衍射效率公式,分析了分频光栅的衍射特性,发现入射光波在满足相应的相位延迟条件时,能被分频光栅以最大效率衍射进3个中央级次中的某一级.分析和比较了两种制作工艺中的刻蚀深度误差、占空比误差对衍射效率的影响.在惯性约束聚变(ICF)应用中,对于同一要求的3倍频光的衍射效率范围,两种工艺的刻蚀误差容限是相同的,但是两种工艺的相同刻蚀误差却带来不同的衍射效率.在不计其它误差时,占空比误差不会对3倍频光的衍射效率产生影响,但可以对基频光和2倍频光产生相反的影响,占空比误差还可以使基频光和2倍频光的主要衍射级次的效率都降低,同时增大它们的0级衍射效率.

从标量衍射理论出发,首先从理论上计算出多台阶二元光学元件发生深度误差时衍射效率的解析式;然后以4台阶和8台阶闪耀光栅为例,对二元光学元件套刻制作中的主要误差及其这些误差之间的相互影响进行了系统的分析和计算机模拟研究,模拟结果给实际制作提供了重要理论指导和实验参数。