Author Affiliations
Abstract
1 School of Sciences, Southwest Petroleum University, Nanchong 637001, China
2 Institute of Optoelectronic Technology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China
Usually, a multilens optical system is composed of multiple undetectable sublenses. Wavefront of a multilens optical system cannot be measured when classical transmitted phase measuring deflectometry (PMD) is used. In this study, a wavefront measuring method for an optical system with multiple optics is presented based on PMD. A paraxial plane is used to represent the test multilens optical system. We introduce the calibration strategy and mathematical deduction of gradient equations. Systematic errors are suppressed with an N-rotation test. Simulations have been performed to demonstrate our method. The results showing the use of our method in multilens optical systems, such as the collimator and single-lens reflex camera lenses show that the measurement accuracy is comparable with those of interferometric tests.
phase measuring deflectometry wavefront measurement systematic errors calibration Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041201
红外与激光工程
2022, 51(9): 20220457
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
相位偏折术中, 系统标定精度对面形测量精度具有决定性的影响。采用带标记点标靶进行标定时, 由于其表面不是理想平面而引入误差, 导致虚像姿态求解不精确, 进而影响标定精度。通过使用高精度的标准平面镜作为反射镜, 从初始系统参数开始, 采用交替方向优化的方法实现系统几何参数的标定, 提高了标定精度, 同时避免了变量过多导致的矩阵病态问题。使用该方法对双目相位测量偏折系统进行标定后, 对100 mm口径的标准平面镜进行了对比测量。由测量面形可知, 该方法可显著降低测量均方根误差和低频面形误差。相比于传统带标记点标靶的方法, 有效提高了标定的精度和稳定性。
机器视觉 双目相位偏折术 系统标定 相机标定 标准平面镜 machine vision stereoscopic deflectometry system calibration camera calibration standard plane mirror
南京信息工程大学大气物理学院, 江苏 南京 210044
云顶的光学和微观物理特征是基于卫星光谱定量反演降水强度的关键信息。基于1998-2007年江淮梅雨期内热带测雨卫星的光谱和雷达融合观测资料,建立了基于降水云顶光谱信息反演降水强度的随机森林算法模型,进一步探究了梅雨降水云顶微物理特征与降水强度变化的关系。研究表明,在随机森林模型反演降水强度的测试集中,预测降水强度与观测降水强度的相关系数R为0.67,均方根误差为4.06 mm/h,测试集具有较高的降水预测精度。随机森林模型中的云水含量 (CWP,即云水质量浓度)在所有输入的云微物理变量重要性排序中位于前列。进一步分析表明:当CWP小于1.0 kg·m -3时,江淮梅雨期降水主要以小雨等级为主,而当CWP大于1.5 kg·m -3时,大雨和暴雨等级的降水概率明显增大;降水的云粒子有效半径(CER)大小主要位于10 μm以上,且降水概率总体上随着CER的增大而单调递增;各等级降水概率随着云光学厚度(COT)的增大而不断增大,当COT大于120时,各级降水的概率显著增强,尤其是强降水。
大气光学 卫星光谱 反演降水 随机森林 云微物理变量 光学学报
2021, 41(22): 2201001
1 四川大学电子信息学院光电系， 四川 成都 610065
2 中国科学院光电技术研究所， 四川 成都 610209
车载抬头系统是未来车载仪表显示发展的必然趋势。针对在抬头显示系统自由曲面反射镜测量过程中不同区域特征相似、不易提取特征点，以及优化时易陷入局部最小值的问题，提出了一种高精度的三维点云与抬头显示反射镜面形模型匹配的方法，实现了高稳定性、高精度配准和误差评价。首先测量数据和模型数据转换成点云文件，经过三维旋转，使点云的法向量平行于Z轴；然后向不会造成重叠与遮挡的XOY平面投影；投影后，在二维平面内提取边缘，并提取边缘轮廓点，通过确定对应轮廓点计算旋转角度，在三维空间对点云数据旋转后，完成粗匹配，最后采用全局点云最小化目标函数完成精确匹配。该算法利用自由曲面反射镜的不规则边缘特征进行匹配，避免提取局部特征点，并且优化过程中不会陷入局部最小值，能够精确计算被测件的面形误差。
机器视觉 点云配准 自由曲面反射镜 边缘特征 误差分布 machine vision point cloud registration free-form surface mirror edge characteristic error distribution
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
应力抛光技术通过在镜面上施加预定载荷, 将包括自由曲面在内的非球面转化为球面进行加工, 对加工镜面的形变进行精准检测是实现高精度应力抛光的关键。利用立体相位测量偏折术对预应力薄镜进行镜面面形和形变检测, 获得被测镜表面的连续相位分布, 结合表面法线唯一性与梯度分布积分, 最终得到被测镜的高度分布和面形。模拟了系统误差成分, 同时采用旋转平均法对系统误差进行标定去除, 保证和提高了测量精度。对一块口径 320 mm, 球面半径 5200 mm的预应力薄镜面形和变形量进行测量, 静态测量结果与三坐标机测量结果对比, 动态应变测量结果与有限元仿真结果对比, 分别一致吻合, 表明本文方法具备微米级的测量精度, 相比于干涉仪和三坐标机更适用于大面形变化的预应力薄镜检测。
光学面形检测 立体相位测量偏折术 系统误差 预应力抛光 optical testing stereoscopic phase measuring deflectometry systematic error stressed mirror polishing
中国科学院光电技术研究所先进光学研制中心，四川 成都 610209
条纹反射测量技术具有动态范围大、灵敏度高的特点，通过高精度的系统标定可以获得很高的测量精度。本文研究将条纹反射测量技术应用于离轴非球面反射镜粗抛光阶段的面形检测，使用激光跟踪仪建立检测系统坐标系，然后将相机和显示屏的实测标定数据代入坐标系并在Zemax软件中建立测量装置的理想模型，通过光线追迹得到理想的屏幕像素点位置，采用相移技术可以得到实测时屏幕像素点位置，从而计算得到被测镜面形的斜率误差，最后积分得到检测结果。文中采用该方法对一块SiC 离轴非球面镜进行了实测，并与三坐标测量机的结果进行对比，验证了方法的可行性，可用于指导离轴非球面镜粗抛光阶段的加工。
光学面形检测 离轴非球面 条纹反射测量技术 光线追迹 optical testing off-axis aspheric mirror fringe reflection technique ray trace
1 西南交通大学 机械工程学院，成都 610031
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
为了提高光学零件表面划痕定位测量和宽度测量的精度，采用基于离散正交多项式曲面拟合的亚像素边缘检测与宽度测量的算法，通过对边缘点及其邻域进行曲面拟合代替了只对边缘点梯度方向进行曲线拟合，实现了亚像素边缘检测；采取感兴趣区域加速策略与基于离散正交多项式曲面方程参量快速求解方法串联进行的加速方案，大大减少处理时间；在宽度计算方面，根据划痕长度自适应分段，分别计算每段分段点之间欧氏距离并作为其宽度，比较后取最大宽度作为划痕宽度。结果表明，该算法测量精度较高且具有较强的鲁棒性，同一划痕在不同视窗下测得宽度误差均值不超过5.2%，且标准差不超过0.3；在求解曲面模型参量的时间方面，该方法计算时间约为最小二方法的7.35%，处理效率显著提高。该方法能够满足工程应用中快速、高精度的测量要求。
测量与计量 划痕检测 曲面拟合 亚像素边缘提取 宽度测量 masurement and metrology scratch detection surface fitting sub-pixel edge detection width measurement
提出一种基于条纹反射的光学表面疵病检测方法, 检测系统由液晶显示屏、CCD相机和计算机组成.检测时在显示屏上分别显示水平和垂直两个方向正交的正弦性条纹, 用CCD相机记录经被测表面反射的正弦条纹像, 通过相移技术得到两个方向正交的相位分布和对比度分布, 通过对比度分布确定被测表面的疵病位置.被测面表面面形相关信息包含在相位分布中, 其表面疵病细节信息包含在局部微观相位分布之中.对相位分布进行多项式拟合后相减得到疵病引起的微观相位分布, 计算得到表面疵病的梯度分布, 积分得其高度分布.实验验证了该方法的可行性.
光学检测 表面检测 条纹反射 光学表面疵病 条纹处理 Optical testing Surface testing Fringe reflection Optics surface flaws Fringe analysis
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
3 中国科学院大学, 北京 100049
为提高摄像机的标定精度，必须研究高精度的特征点提取方法。针对三种比较典型的标定图样：棋盘格，二维正弦条纹和高斯点阵，分析比较了相应的提取特征点算法和用于摄像机内参数标定的精度，得出基于傅里叶相位分析法的二维正弦条纹的特征点提取精度最高。并针对傅里叶方法处理二维正弦条纹不能准确提取边缘特征点的缺陷，提出了使用相移法提取正交相位以代替傅里叶方法得出正交相位的新方法。这种方法可以消除傅里叶变换滤波对点阵边缘的模糊作用，扩大了二维正弦条纹在摄像机标定中的适用范围。摄像机外参数标定实验表明该方法在处理包含边缘点的点阵时，重投影误差保持在原有水平，证明了其有效性。
机器视觉 特征点提取 相位提取 二维正弦条纹 棋盘格 高斯点阵
