1 东南大学仪器科学与工程学院，江苏 南京 210096
2 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，江苏 南京 210096
3 国网江苏省电力有限公司南京供电公司，江苏 南京 210019
针对单一传感器难以解决激光雷达在运动场景中因为点云畸变和误差累积产生的运动失真与定位精度差的问题，提出一种融合惯性测量单元数据和轮速计数据的激光雷达点云畸变矫正与定位方法。首先，以激光雷达数据为时刻基准，利用积分的方法对惯性测量单元和轮速计的数据进行预处理；之后，将融合数据与激光雷达数据融合，以矫正产生畸变的激光点云；最后，利用线性插值的方式来保证传感器间数据的时间同步，并将计算的位姿作为里程计迭代计算的初值，降低计算复杂度并提高里程计的定位精度。实验结果表明，相比没有采用多传感器融合的传统方案（LOAM、F-LOAM），在公开数据集实验中，所提方法的定位均方根误差分别降低了81.11%和21.54%，在自测数据集实验中，定位均方根误差分别降低了52.76%和24.29%。
激光雷达 畸变补偿 多传感器融合 激光雷达里程计 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2428003
红外与激光工程
2022, 51(9): 20210915
武志昆 1,2,3,4石恩涛 1,3,4王咏梅 1,2,3,4,*郭宝泽 1,2,3,4
1 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 天基空间环境探测北京市重点实验室，北京 100190
4 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室，北京 100190
为了有效校正透射式色散型成像光谱仪系统的谱线弯曲，提出了一种基于狭缝离轴的畸变补偿方法。该方法首先假设中心波长谱线弯曲得到校正，计算出色散元件的入射角随狭缝长度的变化关系；接着对狭缝进行离轴处理，利用准直镜的畸变得到色散元件的目标入射角，从而校正中心波长的Smile畸变（谱线弯曲），剩余波长的Smile畸变和Keystone畸变（色畸变）向外弯曲，整体呈枕形畸变；最后使用会聚镜的畸变校正剩余谱线弯曲。利用该方法设计了一款反射光栅型成像光谱仪，在各项参数满足设计要求的同时，利用准直镜畸变校正了系统的谱线弯曲，基于该设计研制了原理样机，系统Smile畸变最大为12.9 μm，Keystone畸变最大为6.4 μm，测试结果满足系统的设计要求，证明了该方法的可行性。
光学器件 成像光谱仪 准直镜 谱线弯曲 畸变补偿 光学学报
2022, 42(24): 2423001
强激光与粒子束
2021, 33(12): 123001
1 河北工程大学数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心, 河北 邯郸 056038
3 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心, 河北 邯郸 056038
提出了一种改进的基于相位梯度最小化的相位快速自动补偿方法。所提方法利用Zernike多项式拟合像差,并将评价函数写作含多项式梯度的表达式,采取拟牛顿法进行优化得到了对应系数,从而实现了相位补偿。在优化过程中,所提方法可实时给出评价函数与各多项式系数之间的导数,有效提高了优化速度。此外,所提方法还可利用采样技术,进一步提高处理速度。分析和实验结果表明,所提方法速度快、精度高,适用于高速动态全息显微成像。
全息 相位畸变补偿 数字全息显微 优化算法 Zernike多项式 中国激光
2021, 48(24): 2409001
中国船舶重工业集团公司 第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
针对变形镜自身受强激光辐照后热变形问题, 利用ANSYS的多物理模型建立了变形镜的热机械模型并进行了计算。针对受强激光辐照后变形镜吸收了部分热量并产生了0.9 μm的变形量, 根据该变形镜热畸变分布特征, 提出了一种利用补偿镜对热畸变进行补偿的方法, 即在一个薄型镜面背后用一些约束头固定构成补偿镜, 放置在变形镜的后续光路中。约束头在补偿镜上的位置与极头在变形镜上的位置对应错开分布。对三种不同形状约束头的补偿镜进行了计算, 补偿后综合变形量降低到0.35, 0.32和0.40 μm。利用光束传输因子(BPF)对理想光束通过补偿镜后的效果进行评价, 结果表明通过三种补偿镜后BPF值从0.906提高到了0.966, 0.971和0.957。进一步的计算表明, 补偿效果受约束头尺寸的影响较小。
变形镜 热变形 波前畸变补偿 强激光辐照 补偿镜 deformable mirror thermal deformation wavefront aberration compensation high energy laser radiation compensation mirror 强激光与粒子束
2015, 27(1): 011010
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的自适应光学（AO）系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿波前畸变。传统的全局耦合的SPGD算法能够明显提高AO系统的收敛速度，但会降低系统的波前校正效果。针对传统算法的不足提出了改进方法：收敛前后期采用不同的电压优化控制方式。建立了SPGD AO成像系统的仿真模型，结果表明，与传统全局耦合SPGD算法相比，改进算法在收敛速度基本与前者相同的情况下，波前校正后焦平面成像光斑的斯特列尔比（SR）提高了0.14。
光计算 自适应光学 随机并行梯度下降算法 全局耦合 波前畸变补偿 光学学报
2014, 34(s2): s214003
1 河北工程大学信息与电气工程学院， 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学理学院， 河北 邯郸 056038
为了快速、准确地再现球面参考光预放大数字全息图的三维信息，采用理论推导和实验验证相结合的方式，对等曲率物光和参考光预放大数字全息显微系统的相位畸变补偿问题进行了研究。推导了该系统的点扩展函数，进而获得了物体再现光场的复振幅及相位畸变表达式，利用估测的相位掩模对再现光场相位畸变预补偿后进行相位解包裹，结合自动相位补偿方法获得待测样品较为准确的相位分布。对人体血红细胞进行了实验研究，结果表明，利用相位掩模对再现光场进行预补偿，一方面可以避免相位解包裹的错误，另一方面还可以有效消除再现光场的二次相位畸变，以实现利用单次自动相位补偿方法获得光场正确的相位分布。
全息 预放大数字全息术 球面参考光 相位畸变补偿 血红细胞
1 河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学机电工程学院, 河北 邯郸 056038
3 河北工程大学理学院, 河北 邯郸 056038
为快速、准确地对中药饮片细胞进行形貌表征，采用理论分析与实验验证相结合的方法，对球面参考光像面数字全息显微术进行了研究。结果表明，通过适当调整参考点源的位置，球面参考光像面数字全息显微术可以准实时地消除显微物镜引入的二次相位畸变，利用自动相位补偿算法能够快速、有效地消除因参考光偏离光轴带来的一次相位畸变，准确再现样品的相位信息。基于研究结果，利用所建立的球面参考光像面数字全息显微术对中药饮片蒲黄细胞进行定量成像，由相位分布给出了细胞的大小及形貌特征。
全息术 像面数字全息术 球面参考光 相位测量 相位畸变补偿 中药饮片细胞 激光与光电子学进展
2013, 50(2): 020904
1 中国科学院 光电技术研究所,四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
3 内蒙古工业大学 机械学院,内蒙古 呼和浩特 010051
为了研究反射式256 pixel×256 pixel纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)的性能,并最大程度地发挥其波前校正能力,建立了泰曼格林(Twyman-Green)干涉仪与移相点衍射干涉仪分别对SLM的相移特性以及静态畸变进行测量,同时使用该空间光调制器对其自身的波前畸变进行补偿。实验结果表明,当应用一个正确的相位灰度值映射并且增加静态畸变补偿后,这个空间光调制器的波前像差的峰谷(PV)值由0.39λ减小到0.23λ,均方根(RMS)值由0.08λ减小到0.03λ(λ=632.8 nm),远场点扩展函数的斯特雷尔比由0.82提高到0.98。因此经畸变补偿后的液晶空间光调制器能够被更好地应用在动态衍射光学元件、波前产生和高分辨、高精度的波前校正中。
光学设计 液晶空间光调制器 相移特性 畸变测量 畸变补偿
