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2007年  第28卷  第6期

光电工程
地理跟踪过程中光电吊仓惯性定位技术研究
陈文建, 纪明, 张建峰, 梁庆迁
2007, 28(6): 675-679.
摘要:
探讨了地理跟踪过程中光电吊仓惯性定位的技术途径。在随机调转的光电稳瞄平台上增设加速度计,使之与陀螺组成惯性测量组件,同时向稳瞄系统和导航系统提供信号;光电稳瞄平台在运动中完成瞄准的同时,解算出平台的姿态矩阵;通过平台环架转动夹角的角度量,获得吊仓姿态矩阵,以此得出吊仓的加速度在导航坐标系上的分量,最终完成航迹推算。理论分析和验证试验表明:利用光电吊仓中的惯性组件可以获得光电吊仓的位置和姿态。
扫描法测量无衍射成像微光斑的能量分布
刘玉周, 赵斌
2007, 28(6): 680-683.
摘要:
在无衍射光滤波法显微成像中,实际成像光斑的能量分布对成像质量影响较大,故需要对微弱成像光斑的能量分布进行准确测量。实验中采用扫描法测量光斑的能量分布,通过柔性铰链机构带动微米级小孔以很小的步距对成像微光斑进行精确的二维扫描,用光电倍增管接收扫描采样的微弱光信号,再以低噪声的I/V转换电路和电压放大电路处理取样信号后送入计算机处理,就可准确地复原光斑的能量分布。通过制作的测量装置对实际微弱光斑测量后,以三维能量分布图的形式给出了测量结果。该方法实现了对能量分布不规则、尺寸较小、能量密度小的光斑能量分布的测量,并且有很高的测量精度。
自由曲面光学透镜注射成型误差因素研究
杜雪, 王尔祺, 李荣彬, 张志辉
2007, 28(6): 684-688.
摘要:
自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中,注射工艺参数组合的优劣,直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件,就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数,对注射成型误差的影响进行综合研究,并且进行了实验验证。研究结果表明:适当提高注射温度与模具温度,同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺,可显著降低注塑工件的体积收缩率,显著提高面形精密度,其光学表面面形误差小于0.1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。
干涉测量用半导体激光器驱动电源
王哲, 曾华林, 周燕, 范松涛, 谢福增
2007, 28(6): 689-692.
摘要:
设计了一种可调制的高稳定度半导体激光器驱动电路。该电路的直流稳定度高达1.5×10-5,输出电流在0~200mA内连续可调,长时间工作(12h以上)电流变化小于1μA;在直流基础上注入100kHz~300kHz的调制电流,其调制深度为0~100mA连续可调,可实现在激光干涉测量中对光波频率和光波强度的调制。将该电路驱动的光栅外腔半导体激光器和辅助温度控制电路应用于光干涉测量技术中,得到了功率稳定、波长单一的激光输出,解决了激光器的跳模现象,完成了对远距离微小振动(纳米量级)的测量。
潜在视功能检测仪光学参数特性的研究与优化
杨胜杰, 方志良, 刘福来, 杨勇
2007, 28(6): 693-697.
摘要:
针对潜在视功能检测仪临床使用中量程有限和对高度屈光不正患者检测结果有一定误差的现象,研究了其光学系统成像特性,建立了系统对视力板成像的视觉放大率公式,分析了准直透镜、成像透镜焦距变化对视觉放大率的影响。系统中视力板移动检测时,准直透镜焦距影响视觉放大率变化快慢,决定视觉放大率曲线的平缓程度;成像透镜焦距对视觉放大率产生整体影响,使视觉放大率曲线产生整体平移。找出了系统的理想参数,能使视觉放大率在整个视力板移动范围内保持不变,消除了检测过程中视力板放大率不同带来的检测误差。通过对各参数的数值分析,得到最优参数,系统检测量程从原来的-7D~+12D扩大为-11D~+15D。
彩色遥感图像去薄云新方法
朱锡芳, 江兴方, 李峰, 陶纯堪
2007, 28(6): 698-701.
摘要:
提出一种基于改进型多尺度Retinex彩色图像的增强方法,以实现彩色遥感图像去薄云的新方法。采用改进型Retinex算法增强后的图像突出了黑暗区域的信息,但是云在遥感图像中出现在较亮区域时,一般来讲Retinex不能直接实现去云。如果将有云的遥感图像取补色,则原来亮的区域就变成了暗的区域。该文利用改进后的多尺度Retinex算法对这个区域实现增强,将黑暗的区域呈现出层次感,再将增强后的图像取补色,突出了原图像中亮区域的层次感,从而达到去除薄云的目的。实验结果表明:该方法去薄云效果良好。
基于DSP的氩弧焊焊池实时监控图像分析技术
焦国华, 李育林, 胡宝文
2007, 28(6): 702-706.
摘要:
针对氩弧焊的特性,利用机器视觉技术实现了一种对氩弧焊熔池宽度进行测量的实时视频测量分析系统。在焊池宽度测量中采用了基于DSP的图像分析技术,不仅保证了测量精度,而且提高了系统的实时性。实验表明:该系统对氩弧焊焊池宽度测量精度高(10μm),响应时间快(50ms)。这种在线式氩弧焊监控系统相对于离线式氩弧焊产品来说,在加工产品的质量控制效果以及成本上都有更大的优势,非常适合流水线上不间断的高质量焊接加工,具有良好的应用前景。
基于白光干涉的光学球面半径测量研究
王中林, 郑丹, 孙冬丽
2007, 28(6): 707-711.
摘要:
光学球面曲率半径是决定光学球面光学特性的重要参量,通过测量光学球面的曲率半径,可以审核光学元件设计制造质量。在基于白光干涉理论基础上,将莫尔光栅位移测量系统及CCD数字图像采集处理系统集成到迈克尔逊干涉仪上,利用CCD数字图像处理技术,构建了光学球面曲率半径自动测量系统。该测量系统对于大曲率半径的光学球面测量精度较高;对于半径R=71.2037mm的光学球面,其测量标准误差σR=0.4723mm。实验结果表明:设计的光学球面自动测量系统可以对大曲率半径光学球面实现高精度测量。
基于FPGA的实时中值滤波器设计
刘健鹏, 陈卫东, 钱钧
2007, 28(6): 712-715.
摘要:
在图像生成和采集过程中引入的各种噪声会使图像质量变差。为了实现对图像的实时预处理,首先介绍中值滤波器的基本原理和算法,然后在现场可编程门阵列(FPGA)上根据中值滤波的根基数算法,采用流水技术设计一种快速实时中值滤波器,给出按行输出的图像处理过程中存储前2行图像数据的方法。仿真结果表明:该中值滤波器可实时完成CCD输出图像的预处理,达到了抑制噪声及保持图像细节的目的。
微型太阳敏感器光学掩模的镀膜设计
王多书, 罗崇泰
2007, 28(6): 716-719.
摘要:
太阳敏感器是空间飞行器进行姿态确定和方位测定的重要器件,传统太阳敏感器大而重,无法应用到微小卫星特别是皮纳卫星上。介绍了基于CMOS APS探测器的微型太阳敏感器的工作原理,基于黑体辐射理论和太阳光谱特性,结合CMOS APS探测器工作特性,分析给出了这种敏感器像元表面产生光电子数的计算方法,并采用Matlab软件,编程计算了地球表面太阳垂直入射条件下,探测器像元表面产生的光电子数。采用光学薄膜设计方法,分析设计了掩模表面光学薄膜的膜系结构,计算了各膜层的透射特性。在此基础上,得到了基于CMOS APS探测器微型太阳敏感器光学掩模的光学薄膜的设计方法,最后给出了设计结果。
光学设计
基于荧光显微镜单色光源系统的椭球反射镜的设计
秦泰然, 瞿安连
2007, 28(6): 720-723.
摘要:
为了实现胞内钙离子浓度的检测,设计了一种新型的荧光显微镜单色光源系统。系统采用短弧氙灯作为发光源,利用椭球面反射镜聚焦后得到模拟的点光源,经过准直及闪耀光栅分光、汇聚后,耦合到光纤中形成单色光输出。在荧光显微镜照明激发系统中,单色光源的输出功率和光谱纯度是仪器的2个技术关键,其中非球面反射镜是设计的重点。通过优化算法和光学仿真模拟,对系统的光能效率进行了分析和计算,设计了用于单色光源系统的椭球面反射镜,并研制成整套系统。经实验验证,效果良好。
航空遥感相机光学系统设计
史黎丽, 左保军, 郑国宪, 范俊玲
2007, 28(6): 724-727.
摘要:
地球静止轨道区域凝视成像监视的目的就是为了及时发现和生成地面目标特征和参数,光学成像遥感技术是现代对地观测的一个重要手段。通常长焦距、大视场遥感系统的光学系统设计是通过提高光学成像遥感器的质量、加长焦距、提高记录介质的分辨力、提高系统的传递函数等措施提高其性能的。介绍焦距为36m,视场角达到0.75°的三反射式光学系统的设计过程,给出了设计结果。该系统实现了范围为90km×90km的瞬时对地扫描,摆动后能够对地面900km×450km区域实现凝视成像。
小挠度碳纤维复合材料镜筒设计
解永杰, 张禹康, 陈荣利, 李英才
2007, 28(6): 728-731.
摘要:
碳纤维复合材料目前广泛应用于航天结构高强度要求的场合,对复合材料满足小变形使用要求的刚度设计仍然是航天相机结构设计的难题。通过对共轴三反光学系统公差的分析,给出变形量小于2μm的复合材料的刚度设计要求。根据结构的受力状况建立了物理模型。结合复合材料层压板理论,对碳纤维铺层设计进行了合理的简化,并通过有限元分析软件MSC.Nastran对设计进行了完善和验证。结果表明:设计的碳纤维复合材料镜筒满足了结构端面变形量小于2μm的刚度使用要求。
夜视技术
高性能微通道板除气过程中电阻的变化
刘术林, 彭磊, 许志清, 刘文伟, 邓广绪, 李军国
2007, 28(6): 732-736.
摘要:
比较了高性能微通道板和标准型微通道板在经过相同或类似制管工艺处理前、后电阻的变化,测定了高性能微通道板分别在真空烘烤和2个不同阶段电子清刷后电阻随电压及温度的变化关系。实验结果表明:高性能微通道板的热稳定性优于标准型微通道板,其电阻温度系数为-0.007/℃;经过第二阶段清刷后,电阻随电压的变化缓慢,电压系数为-1.11×10-4V-1;用这种材料和工艺制作的低电阻、大动态范围、高稳定性微通道板可满足特种探测器的需求。
一种基于区域生长的红外与可见光的图像融合方法
周锋飞, 陈卫东, 李良福
2007, 28(6): 737-741.
摘要:
针对目前红外与可见光目标跟踪的视频序列融合难以满足实时性问题,利用红外图像目标与背景显著的灰度差异特征,结合目标跟踪中目标分割时常用到的区域生长法,通过区域生长方法从红外图像中提取目标区域,再将得到的红外目标区域与已经过图像配准的可见光图像的背景区域进行融合处理,最终得到既具有红外图像较好的目标指示特性又具有可见光图像清晰场景信息的融合图像。实验表明:该算法不仅简单易行,而且所得到的融合图像视觉效果优于其他融合算法得到的图像。
激光技术
低空频模板实现微光变图像的激光直写方法
魏国军, 周小红, 周雷, 陈林森
2007, 28(6): 742-745.
摘要:
提出一种采用低空频模板实现微光变图像(micro-optical variable device)的激光直写方法。低空频模版由6×6个不同取向线条状单元图形构成,单元图形由空间光调制器输入,经精缩投影光学系统缩微,在光刻胶面上逐单元曝光。控制单元图形的结构取向能够实现各种复杂设计和特性的微光变图像。在低频光栅模板的基础上,给出了定向散斑结构输入模板的设计方法,它可进一步改进图像的非彩色效果。采用自行研制的SVG-LDW04型激光直写系统制作了微光变图像,其结构特征线度为4μm~100μm。该方法无需机械旋转机构,为实现微光变图像提供了一种便捷有效的手段。
一维随机激光器中准态模的饱和特性研究
王可嘉, 张清泉, 吕健滔, 杜泽明, 刘劲松
2007, 28(6): 746-750.
摘要:
针对随机激光器的半经典理论是应用电磁场时域有限差分法数值求解半经典随机激光模型方程组,基于半经典理论数值研究了一维随机激光器中准态模式的饱和特性,获得了不同准态模的空间分布和频谱分布图。计算结果分析显示:准态模式的某些特征参数如局域程度将会影响系统的饱和特性。利用这一结果,可以通过单频抽运方法选择具有低阈值、高饱和强度的准态模式作为整个激光系统的稳态输出模式。
空气呼吸模式CO2激光等离子体光谱观察
余亮英, 程祖海, 左都罗, 陈钰琦, 曹华梁
2007, 28(6): 751-755.
摘要:
为了了解采用脉冲CO2激光推进空气呼吸模式时光船参数等对产生等离子体的影响,介绍了利用实验室自行研制的紫外预电离TEA CO2激光器进行的激光等离子体实验。实验采用底面直径为60mm、焦距为5mm和10mm的抛物面光船。介绍了空气呼吸模式激光等离子体的谱和明显的特征谱线,以及等离子体的时间演化过程。结果表明:空气呼吸模式等离子体的持续时间约为20μs,在6μs左右时信号强度达到最大值;激光脉冲作用后,信号迅速衰减;10mm光船产生的等离子体信号峰值和持续时间均略长于5mm光船的。
用激光感生击穿光谱技术测量燃煤含碳量
李娉, 陆继东, 谢承利, 李捷, 刘彦, 余亮英
2007, 28(6): 756-759.
摘要:
研究了应用激光感生击穿光谱技术对燃煤进行元素快速定量分析的可行性。介绍了用于激光感生击穿光谱技术定量分析的定标曲线方法,并以5种煤样作为实验对象,选取激光击穿煤粉时碳元素505.2nm原子发射谱线为分析谱线,定量分析了延迟时间分别为0.8μs,1.2μs,1.6μs,2.0μs和2.4μs时煤粉中的含碳量,将测量结果与元素分析仪测量结果比较,延迟时间为1.6μs时测量误差最小。根据等离子体发射机制分析了延迟时间对定量分析的影响。实验结果表明:激光感生击穿光谱技术的分析精度较高,可望用于煤质特性快速检测。
强激光与红外光学系统光轴平行性检测方法的探讨
叶露, 沈湘衡, 刘则洵
2007, 28(6): 760-763.
摘要:
介绍3种可测量强激光发射光轴与红外光轴平行性的方法及每种方法的优缺点,重点研究了利用热靶进行波段转换来测量激光与红外光学系统光轴平行性的方法。该方法是将激光聚焦在热靶上,使热靶产生热量并发出红外光,红外光再经过准直进入被测设备的红外光学系统,从而测量出激光光轴与红外光轴的平行性。热靶材料的选择与激光透过率的确定尤为重要,该方法中选用酚醛树脂作为热靶材料,激光的透过率仅为0.5%。通过与远距离目标靶测量法进行比对实验,发现2种方法得到的测量结果一致,从而验证了这种方法的可行性与正确性。
利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究
郝晶晶, 朱日宏, 陆健
2007, 28(6): 764-768.
摘要:
简要介绍了激光超声技术以及声表面波的基本特点、激光超声产生和接收的基本原理及激光超声技术的应用。概述了聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜材料的结构、性质和应用,以及薄膜压电性产生的机理。对PVDF换能器的设计思路和实验方法进行了简单讨论。具体实验采用脉冲激光器激发声表面波,利用PVDF传感器接收实验信号,调试实验信号,得出波形,并对实验现象作出初步分析。证实了该实验装置应用于激光超声无损检测的可行性与可靠性。
计量测试
超薄LiTaO3晶片的键合减薄技术
刘军汉, 刘卫国
2007, 28(6): 769-772.
摘要:
在制造红外热释电探测器阵列过程中,需要利用超薄钽酸锂(LiTaO3)晶片作为红外热释电探测器件的敏感层。通常LiTaO3晶片的厚度远厚于红外热释电探测器件要求的厚度,所以需要采用键合减薄技术对LiTaO3晶片进行加工处理。键合减薄技术主要包括:苯并环丁烯(BCB)键合、铣磨、抛光、加热剥离、刻蚀BCB。加工后得到面积为10mm10mm、厚度为25m的超薄单晶LiTaO3薄膜,晶片厚度、表面粗糙度和面形精度比较理想。测得了LT晶片减薄后的热释电系数为1.610-4Cm-2K-1。得到的单晶LiTaO3薄膜满足红外热释电探测器敏感层的要求。
基于WLI原理K9基片的亚表层损伤检测
庞云霞, 杭凌侠, 陈智利, 马保吉
2007, 28(6): 773-777.
摘要:
在现代激光技术的应用发展中,光学元件在其制造过程中形成的亚表层损伤是导致激光损伤的主要根源之一。光学元件亚表层的检测方法已成为光学加工领域的一个新的热点问题。利用非接触式白光干涉原理对K9基片进行亚表层损伤检测,获得基片表面至亚表面200μm深的三维立体图和纵向截切图,并精确地确定其亚表层损伤深度,以及在不同深度范围内的损伤密度。该方法与现阶段国内常用的亚表层损伤检测方法相比,具有非破坏性、纵向检测结果精确、检测过程简单快捷等特点。
磷烟雾的全遮蔽能力检测与分析
王英立, 戴景民, 张小清, 孙晓刚
2007, 28(6): 797-801.
摘要:
发烟剂的全遮蔽能力TOP(total obscuring power) 值是国内外烟幕技术领域表征发烟剂生成的烟雾对人眼视觉产生遮蔽能力的特征参数。基于辐照度测量法成功研制了烟雾全遮蔽能力检测系统。该系统可以实现对TOP的全过程自动化测量,具有可靠性强,工作效率高,实时性好和可扩展性强等优点。在温度26℃、相对湿度80%的条件下对黄磷烟雾的TOP 进行了检测,所得到的测试结果与经验值很接近。
基于计算机视觉的管壳表面划痕检测技术研究
李哲毓, 高明, 马卫红
2007, 28(6): 802-805.
摘要:
针对火工品管壳表面划痕人工检测工作量大、较为繁琐且人为误差较大的状况,将计算机视觉技术用于微小管壳表面划痕的检测分析中,在数字图像处理技术的基础上,应用二值图像轮廓提取的方法得到划痕的特征参数,根据形态学知识对零件表面划痕的形态特征进行比较分析。实验结果表明,通过将划痕显微图像中面积、短长径比等参数提取出来作为检测的依据,不但可以有效地克服现有的人工视觉检测方法的缺陷,而且稳定性和准确度也得到了提高。
理论研究
控制三维光场的纯相位衍射光学元件优化设计
胡晓军, 郑子文, 戴一帆, 李圣怡
2007, 28(6): 778-782.
摘要:
为提高纯相位衍射光学元件的设计效果,实现高衍射效率的三维光场衍射传播控制,在原有GS迭代算法的基础上提出了新的相位加权迭代优化设计算法。此算法的特点是,建立多衍射输出平面迭代加权算法模型,并通过反馈各个设计输出平面在迭代计算过程中的设计误差,引入一定的相位动态加权整调策略,以达到更加优化的设计效果。以此算法设计一个纯相位衍射光学元件,将输入的高斯光束在距离输入面300mm~400mm内的每个平面上变换为2×2等强度光束阵列。通过对比实验发现此方法在原有算法基础上能进一步改善算法的收敛效果,提高整体设计质量,实现更加优化的运算。
厄米-高斯光束在内含硬边光阑光学系统中的传输
陈婷婷, 陆群英, 丁桂林
2007, 28(6): 783-787.
摘要:
把硬边光阑从复杂光学系统中“移”出来,即把任意一个含有硬边光阑的复杂光学系统体现到含有入射光瞳和出射光瞳的光学系统中,使硬边光阑的作用转化为出射光瞳的作用,以便求出观察面上的解析解。对入射面上的二维厄米高斯光束,利用柯林斯公式和入射光瞳与出射光瞳的物像关系,可得到所要求观察面的场分布和解析结果,通过数值模拟验证了其正确性。通过分析计算得到如下结论:对于任意一个含有硬边光阑的复杂光学系统,都可以把光阑的作用从系统中“移”出来,把其看作是出射光瞳的作用,从而可以较为简便地求出观察面上的场分布。
基于双掺杂LiNbO3晶体的波分解复用器特性研究
林巧文, 忽满利, 郝劲波, 李林森
2007, 28(6): 788-792.
摘要:
为了进一步扩充光纤的通信容量,采用了一种利用体全息技术制作波分复用器件的新方法,使其对多波长光能够有效分离,并且对其一些特性进行了研究。在(10×10×10)mm3的双掺杂铌酸锂(掺Fe,Zn)晶体中写入多重体全息光栅,使其对相同方向入射的多波长光进行有效的分离,并且通过理论和实验相结合的方法,对在双掺杂铌酸锂晶体中的波分解复用的一些特性进行研究。实验结果很好地证明了上述方法的可行性,实现了多通道波长解复用,并且得到其一些优点。
熔锥型宽带耦合器的研制
吕敏, 冯志江, 杨笛, 张素娟
2007, 28(6): 793-796.
摘要:
介绍了全光纤熔融拉锥型3dB宽带耦合器的理论设计,根据理论设计制作了样品。应用耦合模理论分析了全光纤非对称熔融拉锥型耦合器的宽带特性;提出了3dB宽带耦合器的制作方案,在此基础上制作了样品;对样品进行测试,样品带宽大约为300nm(在1300nm~1600nm波长之间),附加损耗小于0.5dB,完全达到了实用化的要求。
标准园地
红外光学系统焦距测量装置校准规范说明
王生云, 郑雪, 杨红, 张玫, 姜昌录
2007, 28(6): 806-808.
摘要:
红外光学系统焦距测量装置是红外光学系统焦距校准和检测的技术手段之一。红外光学系统焦距测量装置校准规范不仅应用于计量部门,保证计量部门日常校准工作的准确性、一致性和可溯源性,同时为红外光学系统焦距测量装置生产部门提供了技术依据,满足红外光学系统焦距测量装置用户在申请各种认证过程中对红外光学系统焦距测量系统的要求。简要介绍红外光学系统焦距测量装置校准规范的主要构成和主要参数校准方法及不确定度评定。