金刚线断线检测是金刚线生产过程中的重要环节。针对现有接触式检测敏感度低、断线反馈滞后等问题，提出了一种基于机器视觉检测强光下金刚线反射的光斑点的非接触式断线检测方法。在金刚线光斑点检测的嵌入式平台上，针对传统图像处理的光斑点检测操作复杂、易受外部光照影响的局限性，研究了基于深度学习的光斑点目标检测，对多种Yolo系列模型进行了训练部署，针对原有模型网络层次较深、模型体积较大，在嵌入式设备中存在检测实时性较差的问题，提出了一种基于Yolox改进的轻量化目标光斑点检测模型MCA-Yolox，利用MobileNetV3轻量化特征提取网络替换Yolox模型的主干特征提取网络，对模型进行轻量化改进，然后利用深度可分离卷积和倒残差结构对加强特征提取网络进行了轻量化改进。结合CA注意力机制提高了轻量化模型的检测精度。最后，将改进后的模型部署于嵌入式平台。实验结果表明，改进后模型MCA-Yolox的大小和运算量减小到Yolox模型的1/3以下，与同样规模的Yolox-Tiny和Yolov4-Tiny相比具有更高的检测精度，模型的mAP提升了1%以上，加速优化后检测速度可达30 frame/s，提供了一种基于深度学习检测金刚线断线的完整工业检测方案。
机器视觉 金刚线 断线检测 光斑点 深度学习 嵌入式 machine vision diamond wire detection of broken wire light spot deep learning embedded type 光学 精密工程
2023, 31(15): 2260
1 中国科学技术大学生物医学工程学院（苏州）生命科学与医学部，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室，江苏 苏州 215163
3 苏州大学附属第二医院，江苏 苏州 215004
4 河海大学理学院，江苏 常州 213002
为实现角膜在眼底相机系统轴向上的精确对准，提出了一种基于双光点视标的角膜精密对准技术。采用该对准技术，可以将双孔光阑所形成的两个光点视标投影在角膜上，依据两个光点经角膜前表面反射后在探测器上重合的位置坐标，先实现对瞳孔中心的对准，再根据两个光点经角膜前表面反射后在探测器上的分离情况与分离距离，确定眼底相机相对于角膜的轴向位置。实验结果表明：基于该双光点视标的角膜精密对准技术可以达到0.25 mm的对准精度和8.2 mm的对准范围。这种对准方法精确度高，对准范围大，可以满足眼底成像时仪器相对于被检眼轴向调节位置的要求。
医用光学 眼底相机 对准 杂散光 双光点视标
激光探测器精确测量目标的方位角是导引头导向目标的必要条件，当前缺乏对该精度的理论研究，因此针对激光导引头的测角精度进行了研究。首先建立了制导激光的大气传输模型，并验证了导引头激光探测器接收到的制导信号光斑为均匀光斑; 而后基于激光探测器检测目标方位角的基本原理，推导了目标方位角检测精度与光斑半径、光斑中心位置和信噪比的关系;最后通过仿真分析了不同因素对目标方位角检测精度的影响。结果表明: 减小光斑半径、缩短光斑质心到光敏面中心的距离、增大探测器光学系统焦距、提高信噪比，均可以提高导引头对目标的测角精度。
激光制导 四象限探测器 检测精度 光斑 laser guidance four-quadrant detector detection accuracy light spot
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
5 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532nm固体激光1,2,3,4, 4.7km大气传输光斑成像探测实验。利用4000frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。
大气光学 激光大气传输 光学湍流 短曝光 光斑图像 闪烁指数
1 国网广安供电公司，四川 广安638000
2 四川大学 电子信息学院，成都 610065
在激光通信系统中，激光光斑的检测精度对于通信系统具有重要意义。为了提高光斑定位精度，提出采用基于光电探测器的激光章动定位算法，分析了空间光到单模光纤耦合基本原理，研究了横向偏移对耦合效率的影响，推导了章动定位算法的表达式，利用Matlab仿真分析了章动算法的定位精度和影响章动扫描的参数。仿真结果表明：章动定位算法得到的光斑定位精度为0.04μm，满足通信系统对于光斑检测的要求。
光电探测器 激光章动 光通信 光斑检测 photodetector laser nutation optical communication light spot detection
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
激光光斑在目标上的时空分布特性研究是进行激光作用效果分析的重要环节之一。设计了一种利用成像仿真方法确认激光光斑在目标上的空间分布的方法。该方法首先对激光光束、目标进行建模, 然后根据激光光束特性确定概略的成像视场角, 利用投影坐标变换、投影面可见性判断、投影面取边、投影点索引计算以及像素填充等成像过程仿真方法确定激光作用区域的光斑分布情况。该方法与场景的动态设置一起, 可用于确认激光光斑在目标上的时空分布特性, 为激光作用效果分析研究提供重要支撑。
成像仿真 激光作用点 光斑分布 imaging simulation touching points of laser beam distribution of light spot on target
河北科技大学 机械工程学院, 河北 石家庄 050018
为提升多光源太阳模拟器复合光斑的对焦精度, 以构建的多光源太阳模拟器为实验研究对象, 采用机器视觉的方法提取聚焦光斑中心世界坐标, 将太阳模拟器简化为关节机器人, 利用D-H法得到灯单元反向运动学参数, 进而完成光斑自动对焦系统设计, 对光斑自动对焦系统进行了简单实验。结果表明: 多光源太阳模拟器聚焦光斑中心对焦精度误差在1mm 以内, 可以满足预期的太阳模拟器实验需求。
太阳模拟器 光斑 自动对焦 机器视觉 机器人 solar simulator light spot auto focus machine vision robots
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一, 检测算法的精度和速度直接影响了测量的精度及速度, 传统的检测算法如灰度质心法、Hough变换法等在检测精度或速度上存在不足。鉴于此, 提出了一种高精度光斑中心定位算法, 该算法不仅能定位光斑中心还能拟合出圆半径。用计算机生成的光斑和实验生成的光斑对该算法进行验证, 并与其他传统算法进行比较, 结果表明, 该算法的误差小于0.5像素且比其他经典算法更精确。
光斑圆心定位 迭代运算 衍射光斑 误差分析 light spot center location iterative method diffractive light spot error analysis
利用石英倾斜仪CCD驱动器、高精度电动位移台和光路系统搭建测试平台, 对线阵CCD亚像素细分定位中的一种灰度加权重心法进行实验测试。通过噪声漂移实验和分辨力测试实验, 验证了灰度加权重心法能够有效抑制噪声干扰, 提高CCD像点定位分辨力, 实现线阵CCD亚像素细分定位。实验结果, 倾斜仪CCD驱动器采用加权重心法将像点定位分辨力提高至了1/3像素。
光学测量 CCD亚像素细分 像点定位 加权重心法 线阵CCD 实验验证 optical measurement CCD Sub-pixel Subdivision light-spot Location gray weighted centroid algorithm linear CCD experimental verification
