• 2016年第12期文章目次
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    • >综述与评论
    • 水下近场探测与成像的光学调制技术研究

      2016, 46(12):1441-1446.

      摘要 (877) HTML (0) PDF 1.70 M (513) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于光学调制的水下探测与成像技术是目前最先进的水下光电探测技术之一。本文结合国外最新的理论研究成果、实验装置与实验结果对水下近场探测与成像的光学调制技术进行了进一步的探索。论证了光学调制技术作为水下探测方面的最新技术,其相对于众多成熟技术的优势与在该领域的发展潜力,并对水下环境特征、基于频域的水下探测技术以及应用于水下近场成像的时变强度调制技术进行了分析与讨论。

    • >激光应用技术
    • 基于STM32的激光打标机控制系统设计

      2016, 46(12):1447-1451.

      摘要 (580) HTML (0) PDF 1.06 M (875) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了基于STM32微控制器的激光打标控制系统,对激光打标系统的几何畸变进行了分析,并提出了简化的矫正方法。使用微控制器模拟振镜控制传输协议(XY2-100)控制振镜扫描,同时控制激光器的开关,完成对打标过程的控制。使用SDRAM和NAND Flash增强微控制器的数据处理能力,并实现离线打标功能。采用多项式拟合的方法,拟合出简单有效的桶枕形复合畸变误差计算公式,并对其加以实际应用,使激光打标系统可以满足实际打标要求。

    • 基于激光三维视觉的船舶靠泊动态监测技术

      2016, 46(12):1452-1458.

      摘要 (628) HTML (0) PDF 1.46 M (613) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着船舶运输业的不断发展,船舶趋向大型化,船舶靠泊风险增加,为了保证船舶靠泊更加安全、高效,有必要在码头配备靠泊监测系统。本文分析了船舶靠泊过程,研究了三维激光扫描仪工作原理和三维点云数据的处理方法,提出了基于激光三维视觉的船舶靠泊监测技术,提取船舶靠泊时船首、船尾相对码头的距离与速度等船舶动态靠泊参数,解决了以往点式激光靠泊监测系统寻找目标能力差的问题,增强了应对不同泊位、船型的适用性,实例验证表明此靠泊技术具有可行性和实用性,可为船舶靠泊提供安全保障。

    • 多功能有源激光微调机的系统设计

      2016, 46(12):1459-1462.

      摘要 (634) HTML (0) PDF 1021.30 K (339) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对厚膜混合集成电路的功能微调需求,设计了一种多功能有源激光微调机。通过在线测量不同的产品参数,可实现多功能激光微调,其中包括输出电压修调,保护电流修调和信号电路调整(调测占空比、频率和相位)。本文重点介绍了多功能有源激光微调机的控制系统,通过分析测量步长和减速精度对修调精度和修调效率的影响,进而提出了自动修调方法中兼顾精度和效率的参数设置方法。多功能有源激光微调机很好地满足了国内厚膜混合集成电路功能微调需求。

    • 激光辐照单结砷化镓光伏电池的输出特性

      2016, 46(12):1463-1466.

      摘要 (544) HTML (0) PDF 985.53 K (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:选取单结砷化镓光伏电池和工作波长为808 nm的半导体激光器,开展激光无线能量传输的研究,实验测试了光伏电池性能参数与激光功率和电池温度的关系。结果表明,光伏电池效率随激光功率的增大呈单峰曲线,激光平均功率密度为67.5 mW/cm2时效率最大为49.7%。温度升高,开路电压线性下降,从而导致效率线性降低。激光功率越大,开路电压和效率的温度系数越小。

    • 机载多普勒激光雷达指向影响分析及定标

      2016, 46(12):1467-1472.

      摘要 (443) HTML (0) PDF 1.39 M (334) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过分析机载多普勒激光雷达测量模式特征,考虑飞机姿态测量精度的影响,仿真分析了径向速度误差,以及多视线反演水平风场的反演精度,按照文中仿真系统的输入参数,不考虑雷达系统频率检测误差,风速测量误差小于0.3 m/s。该结果为机载多普勒激光雷达平台设计和测量模式的选择提供了参考。在此基础上,提出了一种基于地面散射信号测量的激光指向定标方法,并通过激光雷达实测数据进行验证,指向定标精度优于0.2°。

    • >激光器技术
    • 利用LD温漂增强LIBS激光器温度适应性研究

      2016, 46(12):1473-1476.

      摘要 (582) HTML (0) PDF 1.07 M (375) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现野外环境下的小型LIBS系统对激光光源宽温的要求,利用LD光谱温漂特性、MgO∶LN宽温电光开关、集成谐振腔以及激光放大技术,拓宽了激光器的温度适应范围,降低激光器的温控精度。最后利用KTP,BBO晶体对输出的1064 nm激光进行四倍频试验。试验结果表明:利用LD光谱温漂特性,可以增强激光器的温度适应性。

    • >红外技术及应用
    • 卤素灯加热红外成像检测技术仿真研究

      2016, 46(12):1477-1480.

      摘要 (570) HTML (0) PDF 1.02 M (503) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复合材料的红外成像无损检测问题,使用卤素灯作为激励源,配合非制冷红外热像仪搭建了检测系统,并针对该系统建立了仿真模型,应用Ansys软件对碳纤维复合材料平底洞试验样件进行了仿真分析,给出了检测结果,得出了该系统的检测性能参数。应用该系统对实际的碳纤维复合材料平底洞试验样件进行了检测试验。结果表明,仿真分析与实际检测结果相符,性能参数分析准确。本文搭建的系统成本低、检测效果好,激励功率和作用时间容易调整,可应用于各类复合材料的无损检测领域。

    • 红外焦平面探测器模拟装置设计

      2016, 46(12):1481-1485.

      摘要 (592) HTML (0) PDF 1.02 M (401) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外焦平面探测器价格昂贵,不慎损坏将带来巨大的经济损失,使用探测器模拟装置进行调试可以降低风险,装置采用CMOS传感器+DSP+FPGA的体系结构。传感器产生1280×1024可见光图像发送给DSP,DSP对数据处理后写入双端口存储器,FPGA读取数据并缓存后根据收到的MC、INT信号及窗口尺寸和位置等配置情况对缓存的图像进行开窗,生成DV等信号并控制数模转换器将图像数据转换为四路模拟信号输出,FPGA控制模数转换器对接口电路电源进行检测。实验结果表明,模拟装置能够较全面模拟探测器各项功能和工作模式,可以有效降低装调风险并提高测试效率。

    • 一种加热炉炉管表面红外检测温度的修正方法

      2016, 46(12):1486-1490.

      摘要 (519) HTML (0) PDF 940.29 K (344) 评论 (0) 收藏

      摘要:加热炉炉管表面温度检测的准确性直接关系到加热炉的运行状态和生产安全,利用红外热像仪测量炉管温度时易受到火焰和烟气、邻近炉管、炉墙辐射等因素的强烈干扰。为了实时准确获取炉管表面的真实温度,以某炼油厂加热炉为例,首先给出了炉管表面热红外检测温度的干扰分析,进而提出一种基于现场参数的实时温度校正模型,并结合该模型给出一套判别某厂加热炉炉管状态的专家规则,最后将这套软件应用于实际工程检验。研究结果表明,该方法有效实现了炉管表面的温度修正。

    • 基于全可编程SOC的高速红外成像系统设计研究

      2016, 46(12):1491-1495.

      摘要 (716) HTML (0) PDF 988.25 K (531) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统嵌入式系统难以处理和显示高速大数据量的红外图像的问题,介绍了基于Xilinx公司集成了双核ARM和FPGA的全可编程Zynq SOC的高速红外成像系统,其FPGA实现探测器图像采集、非均匀校正、VDMA视频流传输等功能,ARM处理器运行Linux系统,完成通过USB WiFi或千兆以太网的网络视频传输。实验结果显示该系统能够实现高速率、高分辨率的红外成像,功耗低,结构简单,通用性强。

    • 红外热像仪噪声等效温差工程化测试方法

      2016, 46(12):1496-1500.

      摘要 (630) HTML (0) PDF 1.17 M (658) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对噪声等效温差(NETD)工程化测试要求,设计一套可对NETD自动测试的系统和方法。该系统采用离轴非球面折叠光路,设计出口径120 mm,焦距720 mm的平行光管,大幅减少系统体积。采用热电制冷器TEC作为黑体的电控加热和制冷源,实现温控精度0.05 ℃的黑体辐射。通过改进的测试算法,测试时间只需要5 s左右,大幅提高检测效率。经与CI测试系统对比测试,结果表明:NETD测量一致性好,准确度高,具有工程化应用价值。

    • 基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法

      2016, 46(12):1501-1507.

      摘要 (399) HTML (0) PDF 2.36 M (282) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统红外视景仿真中红外纹理生成效果生硬,真实感欠缺的问题,提出了一种基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法。该方法以实测红外图像为数据源,模拟红外成像机理构建红外成像链路模型,解耦环境影响因素得到红外图像各像素点对应的温度值,通过建立的目标表面热平衡方程和一阶导热方程求解实测与仿真时刻表面温度均值,利用各点温度与实测时刻均值温度的差值求得表面温差扰动,最后对仿真时刻均值温度进行温差补偿,得到表面的预测温度分布,并将计算出的辐亮度数据存储为DDS(Direct Draw Surface)纹理格式,以提高纹理生成的实时性。实验结果表明,该方法充分考虑到真实红外数据源的可靠性,同时兼顾红外纹理生成效率,在红外视景仿真中具有较好的工程实用价值。

    • 视觉测量红外光点图像中心精确提取

      2016, 46(12):1508-1512.

      摘要 (756) HTML (0) PDF 1.91 M (513) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种视觉测量中的红外光点图像中心提取方法。首先,使用一组阈值平面与红外光点灰度能量分布相交确定光点能量等高线,得到各等高轮廓点和阈值平面截得的能量包络。然后,利用最小二乘椭圆拟合等高线上轮廓点的椭圆中心,并计算阈值平面所截得的能量包络的质心,以椭圆中心和包络质心的黄金分割点作为等高层面上的光点中心。最后,利用各等高层面光点的中心获得红外光点图像中心的精确位置。试验验证结果表明,算法对红外光点图像中心提取可取得较高精度。目前,方法已在面阵静态红外地球敏感器标定中得到应用。

    • 适于制冷型红外侦测系统的作用距离修正模型

      2016, 46(12):1513-1516.

      摘要 (650) HTML (0) PDF 744.09 K (353) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种适于制冷型红外侦测系统的作用距离修正模型。分析了传统作用距离模型的局限性,考虑实用中冷阑、背景辐射和像差对制冷型红外侦测系统作用距离的影响,分别从探测率D*、信噪比SNR和像差参数τs三个方面对传统作用距离模型进行了修正,并针对导弹和飞机两种典型目标开展了红外侦测试验,结果表明:相比传统模型,修正后模型计算结果更符合实测情况,准确度明显提高。可为制冷型红外成像系统设计时的性能指标论证提供参考,也可用于指导红外系统实用时的优化布站。

    • >光电技术与系统
    • 基于双目视觉和散斑投射的快速形貌测量

      2016, 46(12):1517-1520.

      摘要 (1088) HTML (0) PDF 1.01 M (1085) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有三维扫描设备存在的体积较大,测量速度较慢以及对环境光照敏感等问题,利用双目立体视觉和散斑结构光,开发了一种小型的形貌测量装置。首先对该装置的投射模块,硬件结构进行了设计,其次对涉及到的主要算法,采用数字图像相关法进行像点坐标匹配进行了研究,最后对系统的测量效果和精度进行了初步验证。实验表明,对于单幅点云,该扫描装置测量过程迅速,数据采集可在2 ms内完成。并且在保证生成点的数目较多的同时,精度可达到0.1 mm。因此,本文提出的小型散斑投射装置可在确保测量精度的前提下,实现工件的快速测量。

    • 红外系统辐射特性探测功能设计

      2016, 46(12):1521-1525.

      摘要 (700) HTML (0) PDF 995.11 K (415) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外可以获得可见光难以获取的目标景物信息,红外辐射特性作为一种重要的光学表征方式,目前广泛应用于目标的跟踪和识别。某光电经纬仪具备中波红外跟踪功能,针对目标红外特性探测的需求,需要对其红外系统继续设计改造。本文结合设备实际情况,分析了红外辐射特性测量系统的组成及工作方式,从红外辐射温度漂移补偿、红外辐射标定方程获取、相机动态范围计算几个方面对该光电经纬仪进行改造设计,通过试验对改造后的指标进行测试验证,结果表明设计方案合理,能够达到预期目标。

    • >光电对抗
    • 强激光武器辐照弹道导弹温度场数值模拟

      2016, 46(12):1526-1530.

      摘要 (724) HTML (0) PDF 1.08 M (547) 评论 (0) 收藏

      摘要:强激光武器的出现和投入实战对弹道导弹的生存造成了严峻的威胁。根据激光武器的特性和作战机理,分析了导弹壳体上激光辐照强度的影响因素,得到了导弹壳体上激光辐照强度的计算公式,从而计算出了不同作战距离下的激光辐照强度和光斑半径;建立了机载激光武器(ABL)照射弹道导弹壳体的有限元模型,得到了不同作战距离下弹道导弹被打击后内外壁面的温度分布以及内外壁面温度随时间的变化曲线。以上计算模型及计算结果为激光武器对弹道导弹的毁伤效应分析和激光防护方面的研究提供重要参考。

    • >光学技术
    • 基于MODTRAN的光波大气透射率模型设计

      2016, 46(12):1531-1535.

      摘要 (805) HTML (0) PDF 939.24 K (461) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于红外辐射等光波在地球大气中传输会受到大气吸收、散射等作用的影响,因此研究光波在大气中的传输特性成为了一项重要的课题。本文主要通过对可见光和红外波段光波在大气中传输机理的研究,建立透射率模型来反映大气对光波传输的衰减作用。通过仿真计算出各个波段的光波在大气中传输的衰减结果,并利用MODTRAN软件计算结果对透射率模型进行比较分析。研究结果表明:透射率模型和MODTRAN软件仿真所得光波的透射率都在40%~100%之间变化,且变化曲线趋势一致性较好。所得结果真实有效,对工程实际有一定的作用。

    • >光纤及光通讯技术
    • 采用数字相位跟踪的光纤陀螺解调方案设计

      2016, 46(12):1536-1540.

      摘要 (653) HTML (0) PDF 1.15 M (316) 评论 (0) 收藏

      摘要:干涉型光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应测量物体相对于惯性空间旋转角速度的光纤传感器。提出了一种采用数字相位跟踪的方式对光纤陀螺进行信号解调的方案,通过产生一个相位来跟踪旋转产生的Sagnac相移,从而解调出旋转角速度。数字相位跟踪采用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法实现,占用逻辑资源少且运算速度快。经过在光纤陀螺的数字信号处理系统中进行实验验证,设计的解调方案可以对200°/s以下的转速进行有效解调,标度因数非线性度为1200 ppm,零偏稳定性为0.027°/h。

    • >图像与信号处理
    • 基于权重最小二乘结构边缘保持色调映射算法

      2016, 46(12):1541-1546.

      摘要 (578) HTML (0) PDF 1.32 M (414) 评论 (0) 收藏

      摘要:高动态范围图像由于其动态范围超过普通显示器的动态范围,所以无法正常显示,从而需要研究在保留高动态范围图像对比度、细节信息以及色彩信息的情况下压缩高动态范围图像的动态范围以适应低动态范围显示器进行显示的色调映射算法。本文提出基于权重最小二乘结构的边缘保持图像平滑色调映射算法。首先,建立基于权重最小二乘的边缘保持图像平滑滤波算子;然后,将输入的高动态范围图像转换至NTSC空间分离亮度信息和颜色信息,利用该滤波算子对亮度信息进行多级分层,获得基本层以及多级细节层信息;最后,对基本层进行动态范围压缩,利用压缩后的基本层结合多级细节层信息并转换回RGB空间获得输出的低动态范围图像。文中通过实验采集的多曝光图像序列利用Debevec和Malik提出高动态范围图像融合算法获得拍摄场景的高动态范围图像,采用本文提出算法对高动态范围图像进行色调映射处理获得较为理想的保留图像有效信息的低动态范围图像,从而验证了文中提出算法的有效性。

    • 基于区域梯度信息的红外小目标检测

      2016, 46(12):1547-1550.

      摘要 (586) HTML (0) PDF 918.82 K (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外小目标检测一直是红外图像处理的难点之一,由于多种因素的影响,红外小目标容易被覆盖。分析红外图像特征,采用形态学对图像进行背景噪声抑制,在去除大部分噪声的情况下,首先利用灰度信息确定目标点的位置,然后利用区域梯度信息进而确定目标尺寸大小,对仿真图像进行处理并与K均值聚类法和形态学算法进行比较。实验结果表明:在低噪声情况下,三类算法均能有效地进行小目标检测,但在噪声复杂,信噪比较低的情况下,K均值聚类法未能检测出目标,形态学算法产生了多个虚警,而该算法依然能有效检测出小目标。

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