1 安徽大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用，针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性，本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法，并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系，基于公垂线中点法进行目标点三维重构，确定棋盘格标定板角点的三维坐标；分析角点在镜面的虚实对应关系，标定镜面位置方程，得到反射变换矩阵；通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换，最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性，分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中，其正反轮廓的三维重建效果良好；在五棱铝柱热变形动态实验中，铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致，且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法，具有较高的精度。
测量 双相机 数字图像相关 全场测量 热变形
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 青岛理工大学信息与控制工程学院，山东 青岛 266520
谱图还原算法是中阶梯光栅光谱仪高分辨的保障，其精度和速度的优化是推动仪器发展的关键。提出一种基于全像面拟合的谱图还原算法，将光谱标定融入到建模过程中的方式同时解决了环境改变和仪器扰动对模型精度的影响问题。首先建立初始模型，利用光线追迹结果进行全像面拟合，获得标准模型。再利用Hg-Ar灯的特征谱线对标准模型进行二次拟合以修正偏差，从而完成光谱标定。最后采用多种元素灯的特征谱线对所提建模方法的精度进行验证。实验结果表明，所建立的谱图还原模型的全像面误差在2 pixel内，全波段波长平均提取误差为0.01 nm。所提方法将建模过程与标定技术相结合，使标定常态化，简化了建模流程，为中阶梯光栅光谱仪的应用推广提供了算法基础。
光谱学 中阶梯光栅光谱仪 谱图还原算法 全像面拟合 光谱标定
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，安徽 合肥 230031
3 华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
柔性屏在弯折的过程中，容易出现器件损伤、胶层剥离等现象，因此明确屏幕在弯折过程中屏幕保护层的应变分布十分重要。提出一种基于数字图像相关（DIC）的柔性屏弯折应变测量方法，通过采集屏幕表面保护层的喷涂散斑图像来实现屏幕弯折过程保护层应变的全场测量，然后根据匹配点坐标计算弯折平面方程，得出弯折角度与应变之间的关系。实验结果表明，所提方法能测量出不同弯折角度下屏幕保护层全场应变信息，进而得知屏幕保护层的应力分布情况。即所提方法可量化屏体弯折时的应变量并根据应变测量结果推断出弯折过程中应力分布情况。
柔性屏弯折 应变分布 数字图像相关 全场测量 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0312001
1 中国科学院 空天信息创新研究院，北京00094
2 中国科学院大学 光电学院，北京100094
全视场外差动态干涉仪在面形测量方面具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，适合用于长焦距面形的动态干涉测量以及大口径光学元件的测量。但是干涉仪系统内部光学元件性能不理想以及元件装配存在误差等，会在干涉光路中引入频率混叠，影响干涉仪的测量精度。为了分析混频对全视场外差动态干涉仪测量精度的影响，从混频产生的原因出发，建立了由混频引入的测量误差的理论模型，分析了混频程度对测量精度的影响，分析结果表明，测量误差与混频程度呈非线性正相关，混频会造成测量面形结果上叠加一个和干涉条纹相同频率的周期性误差。搭建了全视场外差动态干涉测量实验系统，验证了不同混频程度对面形测量精度的影响，当混频程度为0.029时，面形测量误差为0.053λ；当混频程度为0.120时，面形测量误差为0.110λ，与仿真分析结果吻合。本文的研究对研制高精度全视场外差动态干涉仪具有实际意义。
干涉测量 全视场外差 混频 测量误差 interferometry full-field heterodyne frequency mixing measurement error
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
报道一个改进的基于双干涉仪串联的手持式全场光学相干层析成像（FFOCT）系统。该系统中迈克耳孙干涉仪作补偿干涉仪，菲佐干涉仪作探测干涉仪，并在原有的系统基础上增设了一个平面反射镜以改变系统光路，便于样品的水平放置。分析了反射镜与其他系统主要元件的角度偏移对系统成像质量和系统补偿距离的影响。所获得的结果对手持式FFOCT系统的设计具有重要的指导意义。
全场光学相干层析术 成像系统 角度偏差 误差分析 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1217002
北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
为了进一步降低成本并提高成像的速度与精度, 提出了一种基于发光二极管（LED）照明的全场时域光学相干层析成像技术(OCT)系统。用LED作光源、采用带反馈的闭环四步移相法采集信号, 阐述了其成像原理, 并进行了系统结构研究、理论分析和实验验证。结果表明, 系统的相干长度为23 μm, 轴向分辨率达到了11.8 μm, 横向分辨率为19.8 μm, 单幅图的采集时间为2.15 ms; 与以往的OCT扫描方式相比, 该方法减小了实现成本, 并具有更快的扫描速率以及更高的精度, 有着很大的使用价值。该研究为开发超高速、高精度的低成本OCT系统提供了参考。
成像系统 光学相干层析 发光二极管光源 时域光学相干层析成像 全场 imaging systems optical coherence tomography light-emitting diode light source time domain optical coherence tomography full field
安徽大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601
针对单相机难以用于全场变形测量以及多相机在全场变形测量中复杂性等问题，提出一种利用双平面镜辅助的双相机系统来实现全场变形测量的新方法。该方法基于相机标定的坐标变换方法，即通过双平面镜实现从真实相机坐标系到虚拟相机坐标系之间的转换，进而实现从实物到虚像之间的转换。将该方法用于空心六角铝棒的热变形测量中，并与ANSYS软件的仿真结果进行比较，结果表明，该方法不但可以实现对被测件的三维重建，而且可以实现全场的变形测量，相对误差仅为0.51%，满足精度要求、效果良好。
测量 双相机 双平面镜 相机标定 全场变形
樊国翔 1,2,3李杨 1,2,3,*张文喜 1,2,3伍洲 1,2,3吕彤 1,2
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
3 中国科学院大学 光电学院，北京 100094
双波长干涉检测技术可以实现高动态范围与高测试精度的兼顾，是一种极具潜力的检测技术，用于干涉检测的压电位移机械移相技术存在着一些问题，使用全视场外差移相技术，低频差的外差光源与面阵探测器采集帧率相配合，相较于传统的压电位移机械移相技术，可以同时保证不同波长的移相精度，简化移相的复杂度，且可以方便实现多步移相。提出了全视场外差移相双波长干涉测量技术，并搭建了全视场外差移相双波长干涉测量系统，测试了在边缘最高偏离顶点球13 μm的非球面以及高度为(1.3±0.1) μm的台阶，经过实验验证其非球面面形PV测试精度为λ/3.53 (λ=633 nm)，面形PV测试重复精度为λ/77.38，面形RMS测试精度为λ/14.16，面形RMS测试重复精度为λ/919.10，台阶高度测试精度为λ/16.19，测试重复精度为λ/311.85。
面形检测技术 全视场外差 双波长干涉 非球面 移相 surface testing technology full-field heterodyne two wavelength interferometry asphere phase shifting 红外与激光工程
2022, 51(9): 20220118
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
全场光学相干层析术(FF-OCT)探测生物组织亚细胞水平折射率扰动的本征信号，为无标记成像提供了丰富的显微结构信息。动态全场光学相干层析技术(D-FFOCT)结合全场OCT低相干层析成像与动态散射光测量原理，可为细胞或组织提供亚细胞动态对比度。介绍了近年来D-FFOCT技术的发展，讨论了基于D-FFOCT的多模态成像技术，分析了成像系统的空间分辨率、信噪比和成像深度。针对目前D-FFOCT干涉信号易受扰动而产生图像伪影缺陷的问题，分析比较了运用高速相机、瞬时移相法、基于希尔伯特变换的算法和基于奇异值分解的图像滤波算法等消除伪影的方法，概述了D-FFOCT在基础生物学、精准医疗领域和药物研究方面的研究，并展望该技术在这些领域的发展前景和未来研究方向。
生物光学 无标记成像 全场光学相干断层扫描技术 动态散射光测量 图像伪影 精准医疗
强激光与粒子束
2021, 33(11): 116001
