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2016年  9卷  第3期

信息光学
结合Levenberg-Marquardt算法的垂直视差消减方法
李清玉, 赵岩, 王世刚
2016, 9(3): 312-319. doi: 10.3788/CO.20160903.0312
摘要:
垂直视差的存在是影响立体视频观视舒适度的主要因素。为了在不影响水平视差的条件下实现对垂直视差的消减,本文引入Levenberg-Marquardt(L-M)非线性算法实现变换矩阵的精确求解。首先用抗缩放、旋转及仿射变换的SIFT(Scale-invariant feature transform)特征匹配算法检测出双目图像对的特征匹配点,然后根据匹配点的坐标位置运用L-M算法计算可消减垂直视差的变换矩阵,将变换矩阵作用于目标图像,计算出该视图每个像素点的新坐标位置。实验结果表明:与利用线性算法求解二维射影变换矩阵的垂直视差消减方法相比,本文提出的求解方法在垂直视差消减上比该算法提高了约0.029 1~0.323 2个像素,对水平视差的影响比该算法降低了约0.118 7~1.139 1个像素。因此本文提出的方法对垂直视差的消减起到了优化作用。
基于梯度和小波变换的水下距离选通图像去噪
许廷发, 苏畅, 罗璇, 卞紫阳
2016, 9(3): 301-311. doi: 10.3788/CO.20160903.0301
摘要:
水体的散射效应、激光光斑、成像器件的非理想化等因素使得图像出现大量无规律粒状噪声,它们增加了水下距离选通图像的背景噪声,模糊了目标轮廓,掩盖了目标细节,降低了图像的信噪比。针对上述问题本文提出了一种基于梯度和小波变换的去噪方法。首先对图像进行余弦小波变换,得到不同频率空间的图像集。低频空间引入新的图像梯度强化方法以提高图像的纹理信息量;对应非均匀性条带的LHHL空间做曲面拟合处理以消除非均匀性条带的影响;在HH空间去噪过程中,低层空间做非局部均值处理以保留图像相似信息,高层空间做分数阶积分处理以保留图像细节信息。最后小波逆变换得到结果图像。从实验水槽中采集水下图像进行算法验证,将改进方法与已有算法比对分析。实验表明,本文所研究的水下去噪算法,能够平滑噪声且更大限度地保留图像细节纹理,在客观评价指标上提升了6%。
复杂背景灰度图像下的多特征融合运动目标跟踪
江山, 张锐, 韩广良, 孙海江
2016, 9(3): 320-328. doi: 10.3788/CO.20160903.0320
摘要:
为解决低对比度、低信噪比、目标旋转、缩放等非理想状态给跟踪算法的研究带来的诸多困难,本文提出灰度图像多特征融合目标跟踪算法,保证在满足工程实践需要的条件下,能够对目标进行稳定的跟踪。算法首先对灰度图像利用Sobel算子求出梯度特征,将XY双方向的梯度特征与灰度特征相融合得到新特征,新特征在核密度函数下对低对比度,目标轮廓形状变化较大的情况有较高的适应性和稳定性,再利用背景建模的方法对提取的运动目标区域进行加权,降低非跟踪目标的权值,最后对融合后的加权特征目标利用改进MeanShift算法进行跟踪。通过大量的实验表明,该算法适应目标和背景的复杂变化,并且具有较强的鲁棒性,基本满足在复杂背景灰度图像下目标跟踪的工程实际需求。
光学功能材料
离子束溅射制备GdF3光学薄膜沉积速率分布特性
贺健康, 张立超, 才玺坤, 时光, 武潇野, 梅林
2016, 9(3): 356-363. doi: 10.3788/CO.20160903.0356
摘要:
本文采用离子束溅射方法制备GdF3薄膜,并研究其沉积速率分布特征。首先,采用膜厚仪测量得出GdF3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图,通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次,分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后,以二维沉积速率分布公式为基础,通过计算机编程设计均匀性挡板,并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明,沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布,在竖直方向上满足标准Gauss分布,拟合公式残差为2.05×10-6。改变离子源的束流和束压,沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大,Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大,峰值位置xc逐渐增大,在θ=292°时,GdF3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验,可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为97.9%。
大气与空间光学
基于单站地基望远镜的空间目标姿态估计方法
李正炜, 王建立, 吴元昊, 王国聪, 刘帅
2016, 9(3): 371-378. doi: 10.3788/CO.20160903.0371
摘要:
为实现从单站光测图像中估计出已知3D模型的空间目标姿态,利用Vega Prime提出了一种采用仿真图像进行相关度局部最优搜索的姿态估计方法,该方法无需建立2D-3D特征投影关系和大量的模型匹配库。首先,对输入图像进行图像预处理,获得目标原始图像。然后,利用Vega Prime加载目标3D模型生成仿真匹配图像,并进行图像预处理获得目标匹配图像,计算两幅图像相关度。最后,更新3D目标模型姿态,直至仿真匹配图像与目标原始图像的相关度值取得局部最优,输出目标模型姿态。仿真实验结果表明,采用本文所提方法的观测仿真图像姿态平均估计误差为3.85°,仿真原图可实现姿态准确估计,表明该方法是一种空间目标姿态估计的有效方法。
激光技术与应用
激光主动照明光学系统设计
刘韬, 胡玥, 董健, 申军立
2016, 9(3): 342-348. doi: 10.3788/CO.20160903.0342
摘要:
为提高跟踪测量系统对暗弱目标的探测能力,设计一套自动化激光主动照明光学系统,对跟踪测量视场范围进行主动辅助照明。该系统在0.2~5 km距离处的照明直径均为10 m,计算出其在-20℃及+45℃的温度调焦量,照明仿真结果表明系统照明不均匀性<15%。通过研究系统像差对照明均匀性的影响,以及对设计的调光组进行分析,得到调光组移动量与照明距离之间的理论关系,表明自动调节调光组位置即可实现不同照明距离处的均匀照明。设计和分析结果表明,该主动照明系统能够自动调节调光组位置,实现跟踪测量视场内的均匀照明,有利于跟踪测量系统对于暗弱目标的探测。
采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计
于潇, 姚园, 徐正平
2016, 9(3): 349-355. doi: 10.3788/CO.20160903.0349
摘要:
针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求,设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上,给出了激光3D成像光学系统结构框图:激光经衍射元件实现分束照明,采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像,根据激光测距方程,确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰,设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后,采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光,降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明:接收光学系统弥散斑直径小于120 μm,畸变小于0.2%。该光学系统体积小、重量轻,成像质量良好,可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。
3D打印激光制备多孔镍合金组织和力学性能研究
张敏, 刘畅, 任博, 严凯, 陈长军, 王晓南
2016, 9(3): 335-341. doi: 10.3788/CO.20160903.0335
摘要:
采用3D打印激光熔化技术制备了多孔镍基合金,并对其显微组织构成和压缩力学性能进行了分析。研究结果表明,采用3D打印激光熔化技术制备的多孔镍合金,孔隙率为14.68%~18.97%、抗压强度为461~535 MPa,其微观组织主要呈现γ-Ni枝晶,压缩断口为撕裂式枝晶断裂。
光学仪器与测试
基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计
梁超, 马天翔
2016, 9(3): 385-393. doi: 10.3788/CO.20160903.0385
摘要:
为提高某中波红外探测器的图像质量,设计了基于FPGA的红外图像实时处理系统, 系统能够完成实时的非均匀性校正与盲元补偿处理。介绍了目前常用的非均匀性校正、盲元识别和补偿算法,并结合实际工程需求采用多点法进行非均匀性校正以及8点平均法进行盲元补偿。在仿真实验成功的基础上,基于FPGA平台构建了硬件平台。系统可以实现系数自定义更新,可以手动或自动完成非均匀性较正系数计算,以及实现盲元列表的自动更新操作。利用某国产中波红外探测器对处理系统进行了测试试验,实验结果表明:校正后图像非均匀性<0.3%,盲元率<0.001%。系统工作稳定、可靠,图像处理满足实时性和精度要求。
SU-8光刻胶应变分布光学全场检测方法
王鑫, 王永红, 吕有斌, 卢怡如, 涂思琪
2016, 9(3): 379-384. doi: 10.3788/CO.20160903.0379
摘要:
由于SU-8光刻胶的内应力将会影响高深宽比结构的全金属光栅的制作质量,本文针对近年来SU-8光刻胶应力测量困难的情况,提出了一种基于激光剪切散斑干涉技术的SU-8光刻胶应变分布测量的新方法。该方法通过对被测胶体加载前后两幅干涉图像的处理,直接得到被测胶体结构的全场应变分布情况,由胶体的应变变形数据即可反映出内应力的变化和分布趋势。同时使用ANSYS有限元分析软件对同一被测胶体进行应变仿真模拟研究,获得胶体结构的变形场仿真数据。组建了实验系统,进行了实验验证,结果表明:实际测量变形量约为1.189 μm,仿真的最大变形量为1.088 μm,测量误差在允许范围内,且测量的形变趋势与仿真模拟结果相一致,表明激光剪切散斑干涉技术可应用于SU-8光刻胶的应变分布全场无损检测。
光学设计与工艺
高精度非回转对称非球面加工方法研究
徐乐, 张春雷, 代雷, 张健
2016, 9(3): 364-370. doi: 10.3788/CO.20160903.0364
摘要:
本文提出一种高精度非回转对称非球面加工方法。首先,通过范成法铣磨出非回转对称非球面的最佳拟合球;然后,利用古典抛光修正小磨头确定抛光难以修正的中频误差;最后,利用高精度气囊抛光设备(IRP)精确对位精修面形,在不引入额外中频误差条件下,通过高精度对位检测技术实现非回转对称非球面高精度加工。将该方法应用于定点曲率半径为970.737 mm、k=-1、口径为106 mm三次非球面加工,降低了加工难度,提高了加工精度,面形误差收敛到1/30λ(RMS)。实验结果验证了本文加工方法的正确性和可行性,对高精度非回转对称非球面加工具有一定的指导意义。
集成光电子
Integrated optical sensor based on a FBG in parallel with a LPG
LIANG Ju-fa, JING Shi-mei, MENG Ai-hua, CHEN Chao, LIU Yun, YU Yong-sen
2016, 9(3): 329-334. doi: 10.3788/CO.20160903.0329
摘要:
In order to improve the performance of the fiber optic sensors and further reduce the size of them, a new integrated optical sensor based on a fiber Bragg grating(FBG) in parallel with a long-period grating(LPG) in a single mode fiber is reported in this paper. The FBG and the LPG are fabricated by femtosecond laser using direct inscription process. The variations of temperature and refractive index will cause the variations of resonant wavelengths of FBG and LPG. The experimental results show that the refractive index sensitivities of the FBG and the LPG respectively are 0 nm/RIU and 196.46 nm/RIU, and the temperature sensitivities of them are 12.98 pm/℃ and 10.93 pm/℃ respectively. Therefore, this sensor can be used for measuring temperature and refractive index simultaneously according to the dual parameters sensing matrix.