1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 苏州朗晖光电科技有限公司，江苏 苏州 215300
鉴于三维点云缺少颜色信息和光学图像缺少空间信息，提出一种基于激光雷达与相机自动标定的融合方法，融合后的数据兼有点云的空间信息和光学图像的颜色纹理信息。首先利用平面标定板对激光雷达和光学相机进行分步式自动标定，其次通过共线方程建立坐标关系，将光学图像的颜色纹理信息赋予点云进行融合并进行可视化。实验结果表明：所提方法在提高自动化程度的同时也在一定程度上提高了融合精度；与基于人工匹配的标定融合方法相比，所提方法的精度提升了51.7%；与基于梯形棋盘格标定板的标定融合方法相比，所提方法的精度提升了36.4%。从多角度观测可视化结果，所提方法都能从颜色和空间效果方面更好地还原真实场景。
激光雷达 光学相机 系统标定 点云与光学图像融合 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0628010
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200260
北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性, 提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function, MTF), 通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案, 并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF; 狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF, 两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。
色散型成像光谱仪 调制传递函数 动静态成像 狭缝法 刀口法 dispersive imaging spectrometer modulation transfer function static and dynamic imaging slit method knife-edge method
北京理工大学光电学院, 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
可见光无线通信(visible light communication, VLC)是将LED照明技术和光通信技术相结合的一种新兴技术。 针对目前LED照明通信光源显色性差、 光效低且色温不可调等问题, 依据多基色LED白光通信原理进行了相关研究, 以Yoshi等提出的高斯分布形式作为基色LED的光谱模型, 利用国际照明委员会(CIE)推荐的一般显色指数(Ra)和美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)推荐的一般色质指数(Qa)评价光源的显色性。 采用遗传算法, 在2 700~6 500 K色温范围内优化出单个色温以及色温可调光源满足显色性最优的光谱组合, 并基于Ra和Qa大于80的原则优化出色温可调光源光视效能(luminous efficacy of radiation, LER)最优化的光谱组合。 最后根据实验结果分析了光源的显色性、 光视效能和色温可调性三者之间的关系。 结果表明: 三基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为613 nm/541 nm/464 nm, 此时Ra和Qa的最小值分别为81.2和81, 可以满足一般条件下的照明通信需求; 四基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为620 nm/562 nm/505 nm/449 nm, 此时Ra和Qa的最小值分别为96.7和92.2。 在特殊照明场所或要求较高的通信速率时, 应采用四基色白光LED作为照明通信光源。 仿真得到了三基色和四基色白光LED的最佳光谱组合, 为宽通道可见光通信光源的设计提供了参考依据。
显色性 显色指数 色质指数 光视效能 可见光通信 Color rendering Color rendering index Color quality scale Luminous efficacy Visible light communication 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3693
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System, Ministry of Education of China, Beijing 100081, China
2 School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
3 Department of Materials Science and Engineering, Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, University of Texas at Dallas, Richardson, Texas 75083, USA
We experimentally demonstrate a 750 Mb/s real-time visible light communication (VLC) system based on non-return-to-zero on–off keying modulation by employing single commercially available monochromatic light-emitting diodes. To enhance the 3-dB bandwidth of the VLC link, we propose a low-complexity cascaded post-equalizer based on NPN transistors. With two different frequency-selecting networks in our post-equalizer, the highest achieved 3-dB bandwidth of the VLC link is 370 MHz. The highest achieved data rate is 750 Mb/s at a communication distance of 170 cm with a bit error rate below 1×10 6, which is far below the forward error correction limit (3.8×10 3). Based on our monochromatic VLC system, a wavelength-division multiplexing VLC system could be designed with a higher data rate.
060.4510 Optical communications 060.2605 Free-space optical communication 070.4340 Nonlinear optical signal processing 230.3670 Light-emitting diodes Chinese Optics Letters
2016, 14(12): 120604
北京理工大学光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
对可见光通信(VLC)中高速可调光调制方法进行了研究。提出了高速可变脉冲调制(HVPM), 并与色移键控(CSK)调制混合用于VLC中, 以简化CSK调制的严格同步问题, 且支持精确调光。对混合调制方法的带宽利用率和误比特率进行了分析与仿真。结果表明:混合调制方法可使通信带宽利用率高于1; 相比于可变开关键控(VOOK)、可变脉冲位置调制(VPPM)和多脉冲位置调制(MPPM)等典型可调光调制方式, 所提出的混合调制方式具有更优的带宽利用率和高速低误比特率传输性能; 在满足可见光通信照明要求时, 该混合调制方法更适用于高速数据传输。
可见光通信 色移键控 高速可变脉冲调制 调光 visible light communication color shift keying high-speed variable pulse modulation dimming
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
由于少有多基色的白光 LED, 传统波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)可见光通信 (Visible Light Communication, VLC)系统仅拥有 R、G、B三个通道。针对 VLC中 WDM技术的应用受到白光 LED器件限制的问题, 本文提出了一种多光谱混光通信方法。该方法根据 LED光源颜色特性、多脉冲位置调制特点和混光方式, 设计出针对各通道 LED光源的多脉冲位置调光调制方案, 将色域和时域统一, 在多通道通信的同时实现白光输出。本文利用 4种单色 LED设计出多光谱混光通信验证系统。实验结果表明, 系统在 4路并行通信的同时, 输出白光色温 5 500 K, 色差小于人眼分辨范围 (CIE1976色坐标体系 Δu′v′小于 0.005), 多光谱混光通信是可行的。
光通信 可见光通信 多光谱混白光 波分复用技术 多脉冲位置调制 optical communications visible light communication multispectral mixed white light wavelength division multiplexing (WDM) technology multi-pulse position modulation (MPPM)
北京理工大学光电学院，光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
针对多光谱通信的需求，设计了一种光栅型光谱波分复用可见光通信光学天线。相比同类多光谱通信光学系统，该光学天线具有信道数多、增益大、效率高等优点。经过理论分析，提出了采用双柱面镜结合反射式光栅的天线结构，在光谱维保持较高的光谱分辨率，增加信道数，提高系统的通信速率；同时缩小光斑空间维的大小，提高系统的增益。仿真分析表明，该光学天线可以同时高效地对8个不同的单光谱信号进行探测接收，视场角高达18°×0.4°，增益为12.6，信噪比高达48.28 dB，天线尺寸为9 cm×12 cm。最后，根据设计仿真制作了原理样机，实验结果显示该光学天线可以清晰地分开多光谱信号并实现探测接收，信号间没有产生串扰，信噪比较高，适用于多光谱波分复用通信系统。
光通信 光学天线 光栅 增益
北京理工大学光电学院, 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
针对可见光通信环境的复杂多样性以及传统光学接收天线应用的局限性，设计了一种可变焦光学天线作为移动可见光通信系统的接收天线。通过引入直角反射棱镜折叠空间光路的方法减小天线的厚度，且该天线各透镜面型均为球面，较大地节约了系统成本。仿真分析结果显示：系统的变倍比为2.5倍，视场角可以在16°~42°之间连续变化，最大增益可达16.2，系统尺寸为18 mm×6 mm，探测面照度均匀且相对照度较高，满足通信应用。最后，在5 m × 5 m × 3 m 的通信环境中对变焦天线和定焦天线在不同应用场景下的接收性能进行了对比分析。分析结果表明，变焦光学接收天线满足大视场高增益要求的同时，在系统的稳定性、移动性和环境适用性方面明显优于定焦光学天线，非常适于可见光通信应用。
光通信 变焦光学接收天线 移动性 增益
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
研究了基于光谱式椭偏仪精确测量紫外弱吸收薄膜光学常数的可靠方法。以 HfO2和 SiO2薄膜为研究对象, 用光谱式椭偏仪测量了薄膜的多角度椭偏参数, 采用逐点优化法, 建立了多层模型。利用 Cauchy-Urbach模型进行数据拟合, 获得了 HfO2和 SiO2薄膜在 200～900 nm波段的光学常数, 并比较双层薄膜拟合结果和扫描电镜的测量结果, 验证了获得的光学常数的准确性。结果表明, 逐点优化法结合 Cauchy-Urbach模型能够较好地描述弱吸收薄膜的结构, 较为准确地得到薄膜的色散关系, 可为紫外滤光片的后期制作奠定基础。
薄膜光学 弱吸收薄膜 光学常数 光谱式椭偏仪 film optics weak absorption coatings optical constants spectroscopic ellipsometry
