华南理工大学物理与光电学院, 广东 广州 510641
采用多目结构光对金属类物体进行三维测量时,由于反射光强随角度变化极大,各相机获得的结构光图像会有明显差异,从而降低了图像的匹配程度;在某些反射强烈的位置,杂散光甚至会造成线结构光无法测量的情况。此外,使用同一参数对图像进行匹配或处理时,在反射率和反射性能差别较大的材料同时出现的情况下,测量精度会比较差。针对上述问题,提出一种基于形成多次反射成像的结构光三维测量方法以及仪器标定方法。此方法通过建立多次反射像对应点的图像坐标与空间坐标的关系来解算结构光像点的空间坐标。实验结果表明,该方法在一定程度上克服了用结构光测量高反表面时遇到的亮度反差大和高反问题,其测量精度在本实验平台上达到了±0.1 mm的工程要求。
测量 结构光 高反表面 多次成像 机器视觉 光学学报
2020, 40(16): 1612001
北京工业大学激光工程研究院高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
采用高速摄像仪观察了光纤激光深熔焊接羽辉的动态行为,分析了羽辉的形成原因。结果表明:羽辉可分为底部周期性摆动部分和类似于激光束聚焦形态的狭长形部分;当小孔前壁上激光致蒸发蒸气靠近小孔口时,底部周期性摆动羽辉的摆动角度最大,反之,底部周期性摆动羽辉的摆动角度最小;狭长形羽辉的强度随着离焦量的增加(或深熔小孔口直径的增大)而增大。进一步分析表明:底部周期性摆动羽辉的形成与小孔前壁表面激光致蒸发蒸气的喷发有关;底部摆动羽辉的喷发过程中存在大量微粒;狭长形羽辉的形成与底部摆动羽辉沿光束方向喷发时携带的微粒进入光束内、受激光束加热发光有关。
激光光学 光纤激光焊接 羽辉 多重成像法 周期性摆动 小孔
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了实时探测运动场景、迅变目标的图像与光谱,提出了一种微小型快照式傅里叶变换成像光谱仪,利用多级微反射镜对微透镜阵列形成的多重像场进行分布式相位调制,实现了干涉图谱信息的实时获取。根据微透镜阵列与多级微反射镜对光场的相位调制特性,建立了多重干涉成像的理论模型,计算表明,不同视场的干涉像点位于探测平面的不同区域,但大视场情况下相邻通道之间的干涉图像单元会发生串扰,并导致复原光谱失真。分析表明,为了抑制相邻干涉成像通道间发生串扰,视场角应控制在微透镜阵列和多级微反射镜的衍射与离焦效应所限定的极限视场角之内。同时,视场角还会引入相位误差,并导致归一化光谱误差随视场角的增大而单调递增。根据归一化光谱误差关系曲面可以对系统的视场角进行合理的设计,从而实现对目标场景中特定区域的有效探测。
光谱学 傅里叶变换光谱仪 快照 多重成像
1 北京工业大学激光工程研究院高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
2 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 山东 青岛 266111
基于可视化观察,研究了光纤激光-TIG电弧复合焊接等离子体的多重形貌特征。结果表明:基于等离子体光强的非均匀分布特性,利用多重成像法可同时观测出复合焊接等离子体的三重像和四重像,并可区分出金属等离子体和电弧等离子体,而且采用氦气保护比采用氩气保护更易于区分;在相同的电弧电流和成像条件下,复合焊接等离子体的面积明显大于单电弧焊接等离子体的面积;TIG电弧-激光复合焊接等离子体的面积明显大于激光-TIG电弧复合焊接等离子体的面积;复合焊接等离子体中金属等离子体与保护气并未充分混合,金属等离子体对复合焊接等离子体的形貌、稳定性等方面具有重要影响。
激光技术 光纤激光 复合焊接 等离子体 多重成像 光强 中国激光
2019, 46(12): 1202007
北京工业大学激光工程研究院高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
利用高速摄像仪自带的多重成像镜头观测了CO2激光-钨极稀有气体(TIG)电弧复合焊接等离子体的多重成像特征。结果表明:采用多重成像技术可同时获得同一个等离子体的三个面积逐渐减小、光强逐渐增大的区域形态;氩气保护复合焊接等离子体的颜色由蓝白色逐渐变为红色,不能区分金属和氩弧等离子体;在氦气保护下,自第二次成像开始,氦弧等离子体几乎不可见,仅余仍为亮白色的金属等离子体;等离子体中的氦在可见光区辐射的线状谱较少(光强相对弱),是氦气保护下能明显区分出金属等离子体的主要原因;复合焊接中金属等离子体与保护气等离子体没有充分混合,电弧等离子体对金属等离子体的形态具有显著影响。
激光技术 复合焊接 等离子体 多重成像 光强 动态行为
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Weak Light Nonlinear Photonics and School of Physics, Nankai University, Tianjin 300071, China
2 National Laboratory of Solid State Microstructures and School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210093, China
3 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
Transporting information is one of the important functions of photons and is also the essential duty of information science. Here, we realize multiple imaging by detecting photons with changeable wavelengths based on time-resolved correlation measurements. In our system, information from multiple objects can be transported. During this process, the wavelength of the photons illuminating the objects is different from the wavelength of the photons detected by the detectors. More importantly, the wavelength of the photons that are utilized to record images can also be changed to match the sensitive range of the used detectors. In our experiment, images of the objects are reconstructed clearly by detecting the photons at wavelengths of 650, 810, and 1064 nm, respectively. These properties should have potential applications in information science.
110.4190 Multiple imaging 110.6915 Time imaging Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081101
1 西南交通大学 机械工程学院 机电测控系, 成都 610000
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
针对大视场目标探测提出了一种基于人工复眼大视场定位方法.通过分析子眼视场角与总视场角之间的关系, 并结合多目视觉定位对子眼排布方式的要求, 研究了包含多个子眼的人工复眼结构设计方法.通过分析子眼图像与三维空间映射关系, 对二维图像进行裁剪并映射于三维立体空间, 实现了二维子眼图像在三维空间的大视场拼接.利用子眼图像坐标、空间三维坐标及系统参数间的关系, 建立了空间点多目定位数学模型, 并编制目标定位算法.制备了包含19个子眼可实现120°大视场角的样机, 通过张正友标定法获得系统参数, 并进行目标定位实验.实验结果表明, 使用设计的人工复眼大视场成像系统对5.35m处目标进行探测, 定位误差为0.19%.
光学设计与制备 三维定位 机器视觉 图像处理 多通道成像 复眼 大视场 Optical design and fabrication Orientation Machine vision Image processing Multiple imaging Compound eye Large field of view
1 华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
2 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
3 广东省光电检测仪器工程技术研究中心, 广东 广州 510006
提出全光非接触光声层析成像(ncPAT)与光学相干层析(OCT)双模成像的新方法，用于同时获取物体的吸收分布图像和散射分布图像。搭建ncPAT-OCT 双模成像系统，采用同一探测光源、同一干涉系统用于提高系统稳定性；采用同步触发模式来确保双模成像在数据采集时间上的同步性；使用共同样品臂来保证采样区域在空间上的一致性。并在此基础上实现同时对同一个样品进行PAT 和OCT 两种模式成像，实验结果表明两种模式成像能够很好地匹配，而且可以在不同模式下获得不同的信息。
成像系统 光声成像 层析成像 多模成像
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optometry, Eulji University, 553, Sanseong-daero, Sujeong-gu, Seongnam-si, Gyonggi-do, South Korea
2 Department of Electrical, Electronic, and Control Engineering, Hankyong National University, Kyonggi-do 456-749, South Korea
We propose a novel method of slice image reconstruction with controllable spatial filtering by using the correlation of periodic delta-function arrays (PDFAs) with elemental images in computational integral imaging. The multiple PDFAs, whose spatial periods correspond to object’s depths with the elemental image array (EIA), can generate a set of spatially filtered EIAs for multiple object depths compared with the conventional method for the depth of a single object. We analyze a controllable spatial filtering effect by the proposed method. To show the feasibility of the proposed method, we carry out preliminary experiments for multiple objects and present the results.
110.6880 Three-dimensional image acquisition 110.4190 Multiple imaging Chinese Optics Letters
2015, 13(3): 031101
