1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
针对数字化装备构建需求，以天基数字成像系统为研究对象，提出成像链路数理模型构建方法。建立相机、目标光学观测可见性模型和目标几何与光学特性模型，并通过路径追踪全局光照算法及光线重要性采样方法构建成像辐射传输模型，经过光电能量转换及成像调制模型输出空间目标数字成像结果。基于成像平台和空间目标的轨道参数，对比 Satellite tool kit (STK) 二体轨道模型15 d内的可见性仿真结果，验证了提出的可见性模型的正确性。在时间间隔3 s，距离70~200 km的条件下，对姿态对地定向目标进行成像仿真，结果表明，该成像链路数理模型可以有效生成在满足轨道监测条件下的目标序列图像，同时文中模型对天基装备数字系统建设也具有一定参考价值。
天基成像 数理模型 全局光照 空间目标 space-based imaging mathematical model global illumination space target 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230351
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素, 分析结果与工程实际有较大差异的问题, 提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法。根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型; 综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素, 将其同时引入位姿测量模型进行分析; 分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响, 找到最有效的精度优化方法。采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验, 结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率, 能够有效地提升该系统的位姿测量精度, 位姿精度分别提升6.57%、4.21%和5.88%、5.54%。
单目视觉 位姿测量 误差分析 精度优化 monocular vision pose measurement error analysis accuracy optimization
1 河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
2 河北省光电信息材料重点实验室， 河北 保定 071002
利用介质阻挡放电装置在大气压下产生了稳定的氩气等离子体羽，利用示波器对等离子体羽的外加电压、电流和发光信号进行了记录。光学诊断结果表明，等离子体羽由高速运动的等离子体子弹组成。基于碰撞辐射模型，利用300~800 nm范围的光学发射谱诊断了等离子体羽的电子密度。结果表明，电子密度随外加电压和气体流量的增大而增大，随驱动频率的增大而减小。利用光谱法对等离子体羽的振动温度和转动温度进行了研究，发现其振动温度和转动温度均随外加电压和气体流量的增大而升高，随驱动频率的增大而降低。通过分析放电电场，对以上现象进行了定性解释。
光谱学 介质阻挡放电 等离子体喷枪 等离子体子弹 发射光谱 电子密度
1 江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 连云港师范高等专科学校 物理电子系, 江苏 连云港 222006
采用有限元分析法对飞秒激光冲击AZ31B镁合金进行数值模拟, 研究了激光冲击处理对镁合金变形过程的影响, 分析了单脉冲激光冲击下材料内部的位移、动能、应力和应变的分布情况, 得到了材料的瞬态速度和应变率变化过程.仿真结果表明, 单脉冲飞秒激光冲击镁合金产生的塑性变形, 可在材料表面形成微米级凹坑, 中心点处最大位移为34 μm, 最大变形速度390 m/s; 在冲击初期, 材料表面的应力和应变主要分布在冲击区域中心节点和边缘附近, 并且得到镁合金的最大应力和最大应变率分别为955 MPa和1.8×106 s－1.研究结果能够为深入分析飞秒激光与镁合金作用时材料变形参量的变化规律提供数值理论依据.
激光技术 飞秒激光 有限元分析 镁合金 特征量 板材成形 Laser technique Femtosecond laser Finite element method Magnesium alloy Characteristics Sheet forming
1 江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013
2 东南大学 机械工程学院，南京 211189
采用ABAQUS有限元仿真软件对激光加载L2铝板材高速成形进行数值模拟，研究了单脉冲激光冲击下成形的瞬态响应过程，获得了激光加载冲击成形过程中位移、速度、应变及应变率等特征量的变化特点.模拟表明，冲击后靶材中心区域发生明显塑性变形，变形截面呈锥形.高速成形过程中，金属板材首先发生振荡幅度非常大的快速弹性变形，其后进入减幅振荡直至静态，激光冲击成形时间在毫秒量级.板材不同节点的位移变化趋势相同，靠近中心区域位移大，边界区域位移小.成形中板材的中心区域速度最大达3 700 m/s，变形过程前2 μs内应变率急剧变化，最大达104~105 s－1量级.
激光技术 激光加载 高速成形 瞬态响应 特征量 数值模拟 Laser technique Laser loading Highspeed forming Transient response Characteristics Numerical simulation
1 江苏大学机械工程学院, 镇江 212013
2 东南大学机械工程学院, 南京 211189
用Nd: YAG脉冲激光器产生的1.064 μm激光, 在空气环境下作用于金属Cu诱导产生等离子体, 采用ME5000改进型中阶梯光栅光谱仪获得了同一能量多次激光脉冲冲击下和不同能量激光脉冲冲击下的Cu等离子体发射光谱, 分析了谱线强度与多脉冲强激光诱导次数之间的关系变化, 实验表明: 随着激光作用次数的不断增加, 特征谱线相对强度都呈不断下降趋势, 尤其是第二次和第一次相比, 谱线强度下降幅度达58.87%; 随着激光脉冲能量的增加, 原子特征谱线的相对强度和半高全宽都迅速增强, 增强趋势呈指数函数变化。
激光诱导等离子体 发射光谱 谱线强度 半高全宽 Laser-induced plasma spectral line line intensity FWHM
1 江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013
2 东南大学 机械工程学院，南京 211189
利用高能Nd: YAG脉冲激光器产生的1.06 μm激光，在空气环境下作用于带有严重锈层的铁块诱导产生等离子体，利用改进型ME5000中阶梯光栅光谱仪获得激光冲击铁块等离子体特征发射谱线.实验结果表明，由于样品中包含部分杂质，需激光连续作用且能量到达一定要求，才能与铁作用激发原子谱线；激光分解杂质后，等离子体谱相对强度明显增强，比较首次激光作用和清洗过程中的光谱图，当563.40 nm波长处特征谱线强度增大443.11%时，锈蚀铁块已清洗干净，洗净率达99.84%；同时清洗过程中的谱线起伏度也明显降低.因此，分析首次激光作用和清洗中的光谱图，观察标线铁原子谱线分布及相对强度的变化，可以判断样品是否清洗干净.
激光诱导等离子体 发射光谱 激光清洗 除锈 Laserinduced plasma Spectral line Laser cleaning Rust cleaning
根据树脂镜片在线检测的要求和特点, 提出一种基于机器视觉的在线疵病检测方法。针对不同尺寸的疵病, 设计了基于两级图像采集的在线检测系统, 完成对镜片疵病的检测。利用第一级图像采集系统检测部分疵病, 获得点杂质和气泡等疵病的详细特征, 同时可以获取划痕和羽毛的长度、位置和数量等信息和包含划痕或羽毛的敏感区域的位置, 并发送信号控制第二图像采集系统的工作。利用第二图像采集系统的传送带和一维导轨的移动对敏感区域定位, 检测划痕和羽毛的直径。本文设计的方法解决了系统成本高、检测速度慢、数据量大等技术问题, 满足在线检测的需要。实验表明：系统检测速度为每片 1.5 s; 与子孔径拼接技术相比, 数据量最少减少约 88%, 最多减少约 96%。
疵病检测 机器视觉 在线检测 图像采集 defect detection machine vision on-line detection image acquisition
根据树脂镜片在线检测的要求和疵病尺寸的特点，提出一种基于两级图像采集的视觉在线检测方法。采用两级疵病图像采集系统，提高了图像的采集速度，减少数据量，从而提高图像处理速度。利用图像处理工具进行图像处理，根据疵病的填充度和位置等特征实现对疵病的快速识别，利用两级采集系统的不同精度实现对不同尺寸疵病的测量，根据识别和测量结果实现对镜片的分级。实验表明该方法可以满足镜片在线实时检测的要求，并且有很好的分级效果。
图像处理 机器视觉 疵病检测 图像采集 分级 激光与光电子学进展
2013, 50(12): 121003
针对目前镜片生产过程中疵病人工检测的不足，根据镜片特点提出了一种镜片疵病类型识别的方法，并结合图像采集技术实现了镜片的自动化检测。系统获取图像后进行图像预处理，通过计算各疵病的面积、周长、直径等参数，根据不同疵病的外形特征，结合最小外接圆参数和划定的不同阈值进行运算区分，确定疵病类别。然后利用镜片各区的物理尺寸和每毫米像素数的值以及质心位置获得镜片各区的模板，并通过相并运算得出各区的不同类型疵病信息并以此确定镜片级别。结果表明：该方法可以准确识别出点、羽毛、划痕、气泡等镜片主要的疵病，精度达到0.03 mm，可使企业实现镜片的自动化检测、提高生产效率成为现实。
图像处理 图像采集 阈值 镜片 疵病检测 激光与光电子学进展
2013, 50(11): 111003
