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2020年  第41卷  第4期

2020-04ml 目录
2020, 41(4): 1-6.
摘要:
综述
高能高功率激光参数测量技术研究
黎高平, 陈超, 李栋, 吴磊, 张彪, 于东钰, 阴万宏
2020, 41(4): 645-650. doi: 10.5768/JAO202041.0409001
摘要:
简述了高能高功率激光技术的发展现状及其计量测试需求,介绍了近年来开展的高能高功率激光参数计量测试研究取得的进展,给出激光功率能量、时域参数和空域参数等测量原理和方法。指出了高能高功率激光参数测量面临的主要问题及需要突破的关键技术,包括大动态范围功率能量“无畸变”衰减技术、激光功率能量现场测量技术和功率能量计溯源及后向散射补偿方法等。
太赫兹计量研究与标准研制进展
邓玉强
2020, 41(4): 651-661. doi: 10.5768/JAO202041.0409002
摘要:
太赫兹作为新的技术手段在物质成分识别、高速通信、生物医学、安检成像和军事国防等领域具有重要的作用。太赫兹技术的各种应用都建立在对太赫兹本身及其与物质相互作用测量的基础上,因此准确的太赫兹参数测量及相关量值溯源是太赫兹应用的技术支撑和保障。介绍中国计量科学研究院在太赫兹辐射参数计量标准研究中形成的测量技术和溯源方法、研制的测量仪器和测量装置、制定的计量校准法规和建立的计量标准装置,对太赫兹辐射时域、频域、空域和强度等参数给出了量值溯源传递图并进行了测量不确定度分析。提出的太赫兹计量方法和标准装置可保障太赫兹技术研究和应用中的量值可靠,也可为其他太赫兹参数的测量提供参考。
基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展
吴羽峰, 吴佳琛, 郝然, 金尚忠, 曹良才
2020, 41(4): 662-674. doi: 10.5768/JAO202041.0409003
摘要:
粒子场的数字全息成像中,由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布,是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法,深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度,提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展,从不同粒子表征方法入手,叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足,并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。
高能激光远场辐照度分布测量技术及其进展
陈超, 黎高平, 张彪, 吴磊, 于东钰, 阴万宏
2020, 41(4): 675-680. doi: 10.5768/JAO202041.0409004
摘要:
测量高能激光远场辐照度分布是评估激光武器系统性能指标的一个有效方法。对国内外现有的几种高能激光远场辐照度分布测量方法进行了比较和归纳,对各种技术的优点和缺点作了深入的分析,并对靶面抗损伤技术、取样衰减技术和功率密度定标技术3项关键技术研究进展进行了介绍,在该基础上阐述了高能激光能量远场辐照度分布直接测量技术的发展趋势。
数字散斑干涉三维变形测量技术研究进展
王永红, 包凤卿, 张肖, 赵琪涵, 陈维杰, 闫佩正
2020, 41(4): 681-689. doi: 10.5768/JAO202041.0409005
摘要:
三维变形可以转换为应力/应变分布,是材料性能测试和结构可靠性分析的关键参数。在众多三维变形测量技术中,数字散斑干涉技术可以高精度地测量三维变形信息,在航空航天、汽车、先进制造、土木工程和生物医学等行业发挥着十分重要的作用。从散斑干涉基本原理出发,详细介绍了几类三维变形散斑干涉测量技术,并分析比较各类方法的优缺点;同时介绍了散斑干涉三维变形测量技术的国内外研究进展和最新应用;最后展望了散斑干涉三维变形测量技术在动态同步测量、测量系统简化以及应用范围扩宽等方面的发展趋势。
激光计量测试
单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究
吴磊, 张彪, 俞兵, 袁良, 陈超, 薛媛元, 董再天, 杨鸿儒, 黎高平
2020, 41(4): 690-696. doi: 10.5768/JAO202041.0407001
摘要:
钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。
基于星载激光测高数据的植被冠层高度反演
张颖, 李松, 张文豪, 罗敏
2020, 41(4): 697-703. doi: 10.5768/JAO202041.0407002
摘要:
星载激光测高系统在应用于冠层高度反演时,由于光斑尺寸较大、地表环境复杂等因素,导致无法准确地从回波信号中提取地面位置。针对该问题,设计了一种分类地面波形,计算有效候选峰加权高程的地面返回位置提取和植被冠层高度反演方法。采用该方法对佛蒙特州西北地区的GLAS回波数据进行了处理,实现了地面高程提取和冠层高度反演,以同时期机载Lidar测量数据进行精度验证,并与高斯分解法的反演结果进行比较。结果表明该方法提取的地面返回位置与机载雷达采集的地面点云的分布非常接近,且地面提取精度优于高斯分解法;GLAS冠层高度反演结果RMSE为2.82 m,相关系数为0.81,与机载激光雷达测量结果具有较好的一致性,且优于高斯分解法的冠层高度反演结果。
正交狭缝扫描式激光光束质量测量方法研究
赵俊成, 阴万宏, 刘建平, 杨朋利, 董再天
2020, 41(4): 704-710. doi: 10.5768/JAO202041.0407003
摘要:
传统激光光束质量测量方法在CCD相机靶面前激光光路上加装可调衰减模块,对激光光束进行衰减。但该方法受限于CCD相机像元尺寸限制,难以进行高精度测量。为此该文提出了一种滚轮狭缝式激光光束质量评价方法,在测量时采用狭缝滚轮上的扫描狭缝直接扫描被测激光光束,使用InGaAs探测器配合聚焦透镜进行测量。经过与电机同轴的高精度增量式编码器确保采集位置与采集数据同步,扫描频率根据被测激光脉冲频率和光斑的直径范围可进行调整,该方法对光斑空间采样分辨率优于1 μm。实验结果表明,采用该方法测得的激光M2因子数值与被测激光器提供数值一致,测量不确定度小于10%。
飞焦级激光能量计校准系统及方法研究
秦艳, 韩占锁, 林利红, 汪建刚, 李杰, 王兵, 杨鸿儒
2020, 41(4): 711-716. doi: 10.5768/JAO202041.0407004
摘要:
为了解决飞焦级激光能量计的校准问题,提出了一种专用的校准系统和方法。该系统采用固定和可变二级衰减机构相结合的方式,实现了对响应波长1 064 nm、脉宽5 ns~1 μs、飞焦量级的激光能量计的校准。阐述了校准系统的工作原理、设备组成和方法。对系统的关键组件和整机性能进行了描述,并给出了相应的测试结果,能量重复测量的不确定度为3%,系统的测量不确定度可以达到11%。最后,提出了该校准系统未来的改进方向。
基于可调谐飞秒激光的光学特性测量装置
王卫敏, 赫英威, 徐以诺, 徐楠, 井绪峰, 刘想靓, 傅杨挺, 甘海勇
2020, 41(4): 717-722. doi: 10.5768/JAO202041.0407005
摘要:
随着激光技术的快速发展,激光光源在光谱辐射和光学特性测量中得到了广泛的应用。与传统的灯光源相比,激光光源具有高功率、宽光谱和极低的波长不确定度等优点。建立了一套基于宽波段可调谐激光光源的光电探测器响应定标装置,其中激光光源的光谱覆盖范围为190 nm~4000 nm,激光脉冲宽度约130 fs,重复频率约80 MHz。为了避免高峰值功率脉冲光对探测器定标的影响并提高测量的线性度,利用光纤的固有特性成功研制了一种可将脉冲光转换成连续光的转换器。同时基于激光光源搭建了一套激光准直和扩束光路,在波长λ=550 nm时得到了非均匀性为0.29%的单色均匀辐射场。该单色均匀辐射场在高精度的探测器定标应用中具有重要的作用,围绕其搭建的定标测量装置在计量领域具有一定的参考价值。
红外计量测试
大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪光谱定标
柯君玉, 王东杰, 郭永祥, 张梦雨, 刘军航
2020, 41(4): 723-729. doi: 10.5768/JAO202041.0406001
摘要:
为了对大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪进行全谱段高精度光谱定标,通过分析干涉型光谱仪的工作原理,对光谱漂移因子进行理论推导,发现通过有限光谱位置校正能实现全谱段光谱定标。采用了以波长计为基准,通过连续可调谐激光作为测试光源的光谱定标方法,并以高精度气体池系统进行交叉定标来验证定标精度。试验结果表明,通过测量光谱漂移因子来进行光谱定标的测试精度优于0.004 cm−1,满足高精度光谱仪定标需求,漂移因子能够应用于干涉型光谱仪光谱定标。
真空条件下低温红外辐射测量技术研究
邱超, 翟思婷, 吴柯萱, 孙红胜, 王加朋, 张玉国, 杨旺林, 杜继东, 郭亚玭
2020, 41(4): 730-736. doi: 10.5768/JAO202041.0406002
摘要:
针对红外载荷在轨服役期间低温目标的红外辐射探测需求,提出一种真空条件下的低温红外辐射测量方案,并研制了测量装置。测量装置主要由低温红外光学系统、低温机械结构、低温红外探测系统及微弱信号处理系统构成。低温红外辐射经过光学系统会聚到探测器像面,锁相放大器利用相干检测技术将目标信号提取,完成低温红外辐射的测量。测量装置研制完成后,在真空仓内使用标准黑体辐射源,在198 K~423 K温度范围内进行了低温红外辐射定标试验,取得了有效的试验数据,测量不确定度在5%以内。该文提出的真空条件下低温红外辐射测量技术可为在轨空间红外载荷低温红外目标探测设计提供重要数据支撑。
红外光谱辐射亮度测量中温度均匀性和源尺寸效应的研究
贺书芳, 王彦飞, 代彩红, 刘金元, 冯国进
2020, 41(4): 737-742. doi: 10.5768/JAO202041.0406003
摘要:
在已有的紫外、可见和近红外波段的光谱辐射亮度国家基准的基础上,将光谱辐射亮度的测量范围向红外波段扩展,建立2 µm~14 µm红外光谱辐射亮度计量基准装置,可为遥感对地观测、气候变化、目标识别、材料发射率测量等领域的红外光谱辐射定标提供技术支撑。针对红外光谱辐射亮度测量中的温度均匀性和源尺寸效应进行研究,通过定制光阑或限制所用腔口位置实现了温度均匀性的提升;采用光学仿真、增加光阑和简化光路等方法进行了系统源尺寸效应的分析和抑制,有效地降低了源尺寸效应的不确定度。下一步将对系统的非线性效应等参数进行研究,并对整套系统的不确定度进行评估。
自校准多通道红外辐射计的设计与性能测试
张允祥, 李新, 李琛, 郑小兵
2020, 41(4): 743-753. doi: 10.5768/JAO202041.0406004
摘要:
为满足遥感器热红外波段自动化观测定标的需求,研制了具有自动化观测能力的自校准多通道红外辐射计。该设备需具有以下特色功能:1)采用电机驱动镀金反射镜的设计,实现0°~90°仰角的大气下行辐射和地表辐亮度的测量,为消除大气下行辐射对反演地表温度的影响提供了技术手段;2)采用滤光轮分光的方法实现了6个光谱通道的自动设置,结合多通道温度与发射率分离算法可以实现场地温度与发射率的分离,为卫星遥感器热红外波段绝对辐射定标提供了2个关键因子;3)采用内置2个控温精度分别优于0.04 K和0.05 K、发射率均高于0.994,稳定性均优于0.0014的黑体实现内部探测器的实时辐射定标,有效地消除了内部背景辐射对辐射测量的影响,定标不确定度小于0.167%。等效测温不确定度为0.2 K(@303 K, 11 μm),为遥感器热红外波段场地自动化定标应用的开展奠定了基础。
光谱光度计量测试
弹载脉冲光源有效光强空间分布测量装置研究
袁良, 邱丽荣, 康登魁, 李宏光, 刘瑞星, 卢飞, 俞兵, 姜昌录, 王生云
2020, 41(4): 754-760. doi: 10.5768/JAO202041.0410001
摘要:
研究了脉冲光源有效光强空间分布的Blondel-Rey法,采用复合梯形数值积分实现了瞬时光强的测量,并对高色温光源测量时的光谱失配校正进行了分析。构建了基于双反射镜同步测量原理的脉冲光源有效光强空间分布测量装置,详细分析了全空间分布式旋转平台、脉冲光强探测系统、光谱失配校正用高分辨率光谱仪等重点组成部件。采用高色温调制光源对测量装置进行了校准。最后,对该装置的测量不确定度进行了分析,其扩展不确定度可以达到3.0%。
基于PCA和BP神经网络的硝酸盐氮浓度检测方法
陈朋, 严宪泽, 韩洋洋, 吴晨阳, 昝昊
2020, 41(4): 761-768. doi: 10.5768/JAO202041.0410002
摘要:
针对紫外分光光度法(UV法)检测混有干扰物质的硝酸盐氮溶液浓度精度不高的问题,提出一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)和BP神经网络的硝酸盐氮浓度检测方法。通过微型光谱仪物质成分检测系统测得硝酸盐氮试剂在196 nm~631 nm波段的吸光度数据,分为测试集和训练集。通过PCA计算训练集,得到主成分。根据BP算法搭建三层人工神经网络。将所得主成分除以8后输入网络展开训练。训练过程中采用留一法交叉验证。用该模型计算训练集和测试集,所得值与真实浓度的平均相对误差分别为2.411 5%和1.553%。实验结果表明,该方法能较好检测出混有干扰物质的硝酸盐氮溶液浓度。
强火光中图像拍摄技术研究
姚德龙, 陈松, 韦卓
2020, 41(4): 769-772. doi: 10.5768/JAO202041.0410003
摘要:
对串联战斗部一级战斗部装药燃烧的火光进行近紫外波段光谱分析,选取了310 nm~320 nm作为高速摄像机拍摄窗口,并采用窄带滤波器过滤掉拍摄窗口之外的其他光谱,使用激光辅助照明设备对火光中的物体在320 nm处进行照明,较为清晰地拍摄到了强火光中的物体图像,并进一步通过串联战斗部穿靶试验,验证了系统的科学和有效性。
紫外、太赫兹计量测试
紫外像增强器分辨力校准装置与方法研究
王生云, 史继芳, 解琪, 孙宇楠, 俞兵, 李宏光, 康登魁
2020, 41(4): 773-777. doi: 10.5768/JAO202041.0409901
摘要:
紫外像增强器作为导弹紫外告警系统、紫外预警系统以及各类紫外辐射监测系统的核心部件,其参数准确与否,直接影响到系统的图像质量。为保证测试数据的准确性,研制紫外像增强器分辨力校准装置,校准装置所用紫外光源是波长范围为200 nm~400 nm的紫外光,相对应的分辨力靶、滤光处、光学成像系统均要求能够透射紫外光,由于紫外波长较短,容易引起散射效应而产生大量的杂散光,设计的分辨力靶采用紫外级石英,紫外光学成像系统采用透射式结构,选用同轴共轭透镜作为紫外光学成像系统。实验和测量不确定度分析验证校准装置的测量不确定度为5%。
紫外-真空紫外成像光谱仪校准技术研究
孙红胜, 孙广尉, 王加朋, 张玉国, 李世伟, 翟思婷
2020, 41(4): 778-785. doi: 10.5768/JAO202041.0409902
摘要:
紫外-真空紫外成像光谱仪在我国空间探测中的应用越来越广,在其研制过程中需对其进行校准,但目前国内尚无针对紫外-真空紫外成像光谱仪的计量标准,无法保证测量结果的准确可靠。该文设计了一种紫外-真空紫外成像光谱仪校准装置,实现对紫外-真空紫外成像光谱仪的光谱范围、波长、光谱响应度、空间角分辨率、均匀性等参数的校准。经测试验证,波长测量不确定度为0.080 nm(k=2),光谱响应度测量不确定度为6.8%(k=2),空间角分辨率测量不确定度为0.022 mrad(k=2),均匀性测量不确定度为4.2%(k=2)。
太赫兹光谱技术在四氢双环戊二烯检测中的应用
吴斌, 杨延召, 应承平, 刘红元, 张鹏, 王恒飞
2020, 41(4): 786-790. doi: 10.5768/JAO202041.0409903
摘要:
研究了太赫兹光谱技术在鉴别含能材料同分异构体中的应用。首先研制了适于特定工程应用的太赫兹时域光谱仪样机,并经过振动冲击、高低温试验验证了样机的环境适应性,表明该款样机完全可以在非实验室环境下稳定可靠地工作。利用一氧化碳标准气体验证了样机测量光谱的正确性,并同时实现了对样机测量频率的校准;利用校准后的光谱仪测量了四氢双环戊二烯的两种同分异构体endo-THDCPD和exo-THDCPD的太赫兹光谱,测量结果显示两种不同构型材料的太赫兹光谱存在显著差异,endo-THDCPD的太赫兹光谱在0.23 THz和1.70 THz处呈现出明显的特征吸收,exo-THDCPD的2个最明显的特征吸收峰则位于1.41 THz和1.74 THz。该结果表明:运用太赫兹光谱技术可有效区分这两种分子结构仅存在微弱差异的材料,对太赫兹光谱在含能材料研究领域的应用具有参考意义。
微光计量测试
微光像增强器积分灵敏度单次测量误差分析
拜晓锋, 程宏昌, 何开远, 韩坤, 杨书宁, 李军国, 陈旭浪, 党小刚, 王磊
2020, 41(4): 791-795. doi: 10.5768/JAO202041.0404001
摘要:
为了提高批量微光像增强器性能参数的测试速度,通常采信单次测试数据作为测量结果。在该情况下,参数单次测量结果的误差将直接决定性能评价结果的准确性。以微光像增强器积分灵敏度的参数测试为例开展单次测量误差评定,通过对微光像增强器积分灵敏度的测试方法、测量装置、数据计算等误差情况进行综合分析,计算得到的积分灵敏度单次测量最大误差为6.7%;在该基础上,提出了采用更高加工精度光阑、对入射光测量位置进行修正以及阶段性辅助参量重复性测量校对的积分灵敏度单次测量误差控制方案。研究结果对微光像增强器批量化快速测试具有重要的指导意义和参考价值。
基于P31荧光粉的像增强器余辉测量方法研究
姚泽, 程宏昌, 李涛, 周玉鉴, 黄武军, 李丹
2020, 41(4): 796-800. doi: 10.5768/JAO202041.0404002
摘要:
荧光屏余辉在高帧频速光子计数等系统应用中起着决定性作用。GJB 7351-2011《超二代像增强器通用规范》荧光屏余辉试验方法中规定光脉冲作为激励源,该方法中光脉冲激励源停止后光源照度下降缓慢,造成在短余辉粉(µs级)和中余辉粉(ms级)的余辉时间测量中测试结果不准。针对该问题,提出了一种在光照持续工作状态下,用光电阴极电压脉冲信号作为激励源的荧光屏余辉测试方法,该方法中光电阴极超快响应时间(一般为1 ns左右)和脉冲电压信号的较短边沿时间(一般可控制在10 ns以内)特性改善了激励源自身时间响应对荧光屏余辉测试结果准确性带来的影响。基于该方法建立了一套微光像增强器荧光屏余晖测量装置,对P31荧光粉的国产三代微光像增强器余辉进行了重复性测量,对测量不确定度进行了误差分析,其扩展不确定度为3.2%,达到了传统光电测试仪器的准确度要求,可满足微光像增强管荧光屏余辉测量的要求。该研究成果为更高性能产品提供了一种检测手段。
成像光学计量测试
基于多点可调支撑Ф300 mm平面重力变形校正研究
王云涛, 陈磊, 陈佳, 张正宇, 孔璐
2020, 41(4): 801-809. doi: 10.5768/JAO202041.0409801
摘要:
在高精度光学元件领域,特别是大口径的平面光学元件,随着对测试精度和口径要求的提高,重力变形成为其不可避免的问题。介绍了立式斐索型干涉仪的系统设计和多点可调支撑方法的变形理论,通过有限元分析(FEM),优化得到了合理的支撑结构。采用液面基准,在300 mm口径的立式斐索型干涉仪上进行了平面的重力变形校正。与三平面法检测结果比较,两者的残差峰谷(PV)值为10.20 nm,均方根(RMS)值为1.56 nm。
基于组合标准器的显微CT系统测量方法研究
沙桐桐, 胡晓东, 赵金涛, 邹晶
2020, 41(4): 810-815. doi: 10.5768/JAO202041.0409802
摘要:
为保证显微CT系统测量精度,采用标准器与样品共同测量的方式设计了可用于共同测量的组合标准器,提出显微CT系统测量过程中修正比例误差与阈值误差的方法。在不改变显微CT系统扫描参数的情况下,对航空航天常用的轻质材料聚四氟乙烯样品进行独立测量,并与基于组合标准器的测量进行对比实验。结果表明,基于组合标准器的显微CT系统测量方法较样品独立测量方法有效减小测量误差1 μm~4 μm,鲁棒性好。
基于空间光调制器的光束大角度扫描技术研究
郑新波, 张旋, 栾琳, 洪汉玉
2020, 41(4): 816-821. doi: 10.5768/JAO202041.0409803
摘要:
为实现一束激光在90°锥形范围内的扫描,利用液晶空间光调制器在光束偏转控制时精度高、无机械惯性等优点,研究并建立了基于液晶空间光调制器的光束偏转和角放大光路系统。提出了空间光调制器的可编程相位调制算法和角放大光路结构,推导了空间光调制器光束偏转角度与相位灰度驱动图的关系,设计了角度放大倍率高于22倍的角放大光路系统。在此基础上,建立了光束扫描控制实验系统,对该装置角度出射范围进行了测量,将实际的角放大倍率与设计值进行对比。实验结果表明:研制系统的出射视场角可达91.22°,并可通过畸变校正实现出射视场角范围内的规则形状扫描。该研究在光束敏捷控制、无线激光通信、目标搜索与追踪等领域具有重要的研究价值和应用前景。
基于闪烁体3D剂量测量系统中光场重聚焦位置的标定方法
闫学文, 何良, 李华, 李德源, 张小东
2020, 41(4): 822-828. doi: 10.5768/JAO202041.0409804
摘要:
放疗中基于闪烁体光场成像的3D剂量测量方法是,利用光场相机对射线在闪烁体沉积能量所产生的闪烁光进行拍照,给出每一个聚焦层的光分布后进行三维重建,进而得出剂量的三维分布。光场相机所获取图像的重聚焦位置影响闪烁光三维重建的准确性,作者提出利用棋盘格标定板进行重聚焦位置标定的方法。使用Lytro Illum光场相机拍摄置于已知位置的棋盘格标定板,经光场数据处理得到焦点堆栈序列,利用刃边法得到所有重聚焦像的高斯离焦参数σ,经比较后获得最小σ对应的重聚焦参数α,最终给出若干α和重聚焦位置的对应关系,最终完成重聚焦位置标定。与常用的刻度尺标定方法相比,高斯离焦参数减小2%~10%,有利于放疗3D剂量测量精度的提高。
三维时域散斑动态干涉测量系统的集成化设计
刘子惠, 高瞻, 高晨家, 王煦, 钟楚千, 刘宇琛, 张园
2020, 41(4): 829-836. doi: 10.5768/JAO202041.0409805
摘要:
三维电子散斑干涉技术(3D ESPI)具有非接触、高精度、高灵敏度和全场测量等优点,被广泛应用于许多领域。为了实现非接触动态全场三维测量,设计并建立了一个紧凑、完备的三维测量系统。用一个多波长光纤耦合激光器代替3个独立光源,产生的离面、面内散斑干涉图仅用一台彩色CCD相机就能捕捉和处理;整个测量系统采用笼式结构,具有高度的灵活性和稳定性;对基于小波变换的相位展开算法进行了编程,实现了被测物体三维位移信息的完整提取。实验证明该测量系统可以实时获取被测物体的三维位移,在测量实验中,获得的三维位移值17.68 μm、36.23 μm、13.85 μm,相比于实际位移值18.1 μm、36.4 μm、14.0 μm它们的绝对误差分别为0.42 μm、0.17 μm、0.15 μm,相对误差分别为2.3%、0.5%、1.1%。
基于改进模板匹配及图像差分法的PCB板缺陷多级检测方法
朱寒, 林丽, 王健华, 陈健
2020, 41(4): 837-843. doi: 10.5768/JAO202041.0409806
摘要:
针对目前应用于PCB缺陷检测系统的模板匹配方法及缺陷检测方法存在准确性不足的问题,提出一种基于改进模板匹配及图像差分法的PCB缺陷多级检测方法。提出基于多方向Sobel算子的改进模板匹配方法实现待测图像与模板图像的匹配,针对PCB板漏件缺陷,提出基于图像差分法的多级二值化检测法实现PCB图像的缺陷检测。结合实验平台测试发现,该方法能够准确地提取出缺陷区域。与现有方法相比,该方法的误检率仅5%,具有更好的稳定性以及更高的准确性。
光学材料、器件计量测试
基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法
李大海, 王瑞阳, 张新伟
2020, 41(4): 844-856. doi: 10.5768/JAO202041.0405001
摘要:
针对位相测量偏折术(phase measuring deflectometry,PMD)在光学元件面形的高精度检测中存在面形低阶误差控制困难等问题,介绍了位相测量偏折术检测平面光学元件面形的基本原理,对有关PMD技术的面形改进重建算法、相对检测和四步剪切的系统误差扣除方法的研究进展进行了阐述,分析了基于PMD技术实现对口径398.7 mm×422.8 mm平板玻璃的拼接检测以及平面元件中可能存在的寄生反射影响的消除方法。指出建立的6相机斜率拼接检测系统的检测精度RMS可达1 µm,利用多频条纹法和二值条纹法可有效地消除寄生反射的影响,为大口径光学平面元件的前、后表面面形高精度检测提供一种可行的方案。
标准球面透镜的几何特性与误差分析
袁群, 季文, 高志山
2020, 41(4): 858-868. doi: 10.5768/JAO202041.0405002
摘要:
标准球面透镜是斐索型干涉仪的核心器件,综述标准球面透镜的几何特性和误差。分析标准球面透镜在干涉照明光路和成像光路中的作用,重点介绍并实验验证了球面干涉成像的R-sinθ几何特性关系模型,给出了采用Q非球面实现非球面分裂的新型设计方法,以及2片式非球面标准球面透镜结构的实例,概述了针对小F数标准球面透镜球面干涉腔中的待测球面调整误差和移相空间非均匀性误差的研究成果,介绍了校正球面干涉腔中误差的波面差分算法,指出在近标准球面透镜焦点位置测量球面时的回程误差影响,从物像共轭关系角度解释了近焦点位置回程误差较大的原因,比对分析了标准球面透镜的透射波前与斜率对回程误差的影响。提出了在设计标准球面透镜时需注意的几何特性关系,以及使用标准球面透镜时易产生的误差和相应的抑制方法。
光学玻璃弹性模量的自动化测量方法
郭长立, 黄璋
2020, 41(4): 869-875. doi: 10.5768/JAO202041.0405003
摘要:
针对现有光学玻璃弹性模量测量周期长、测量过程复杂等问题,提出了一种利用计算机图像处理技术快速测量小样品光学平板玻璃弹性模量的方法。基于接触力学理论和牛顿环干涉原理推导出测量光学玻璃弹性模量的解析式,利用图像处理技术的优势,通过摄像头拍摄牛顿环干涉图像,设计MFC监控与单张图片拍摄界面程序,自动测量牛顿环干涉图像中心黑斑半径,最后根据光学玻璃弹性模量与牛顿环干涉图像中心黑斑半径及牛顿环中心应力之间的关联关系,实现小样品光学玻璃弹性模量的快速测量。实验结果表明:在应力31.17 N~55.11 N范围内,光学玻璃弹性模量的测量相对误差不超过±8.8%;在应力55.11 N~71.07 N范围内,测量相对误差不超过±16%。
基于频域纹理消除的结构性纹理缺陷检测方法
吴浩, 徐向荣, 许四祥
2020, 41(4): 876-880. doi: 10.5768/JAO202041.0405004
摘要:
针对金属加工表面等结构纹理表面图像缺陷检测问题,结构纹理的存在会对缺陷(比如划痕)检测带来干扰,该文开展在频率域中消除背景纹理的方法来进行缺陷检测的研究。首先基于傅里叶变换的图像复原技术,空间域图像中的结构性纹理对应傅里叶域中高能频率分量,使用最小二乘法直线拟合操作去除,并将这些能量设置为零,经傅里叶逆变换为空间域图像。在复原的图像中,原始图像中的结构纹理区域将变为近似的均匀灰度级,但其中缺陷部分将被保留下来。再使用统计过程控制来设置阈值的方法就能从复原图像中分离出缺陷。最后在一系列的结构性纹理图像上的实验证实了所提方法可行且有效。