多线激光雷达具有成本低、体积小、能直接获取场景地物表面的三维点云数据等优点, 已被广泛应用在无人驾驶、移动测量、机器人等领域。为减少遮挡, 提高点云密度, 两个或多个激光雷达常被集成在一起, 互为补充。不同激光雷达的安装位置和姿态不同, 要融合激光雷达的点云数据, 关键在于对激光雷达之间相对位置关系的检校。为检校激光雷达之间的相互位置关系, 提出了基于共面约束的检校算法。算法要求不同的激光雷达同时扫到相同的平面, 利用平面在不同坐标系下的对应关系求解激光雷达之间的相互位置关系, 并结合Levenberg-Marquardt (L-M)优化算法, 提高检校精度。该算法操作简单、通用性强、检校精度高。

Laser-MAG复合焊接具有焊接速度快、自动化程度高、焊接热变形小等优点, 是船舶焊接技术发展的重要方向。采用 Laser-MAG复合焊接方式, 通过改变两种热源的相对位置, 对10 mm厚船用高强钢EH36进行了堆焊试验。研究了激光引导电弧(L-A)和电弧引导激光(A-L)两种行走方式以及激光与电弧之间夹角大小对焊缝成型的影响。结果表明, Laser-MAG复合焊接中, A-L焊接方式相较L-A焊接方式对焊缝表面成型更有利, 成形更均匀, 但飞溅量更大, 其焊缝熔宽较小, 熔深较大; 无论是L-A还是A-L焊接方式下, 焊枪与竖直方向夹角越大, 焊缝成型越不稳定、飞溅量越大, 但焊缝熔深几乎不受其影响。

为了实现对大型空心回转体厚度的测量, 提出了一种基于双激光位移传感器的非接触扫描检测方法。在回转体与双激光位移传感器相对位置未知的条件下, 分析了由回转体安装偏心以及传感器光轴与原点不共线时所引入的测量误差, 建立了双传感器信号与被测位置厚度之间的数学模型。并借助于相关理论相位差计算法、牛顿迭代法以及循环平移方法, 将实际厚度值从传感器信号中提取出来。对回转体厚度检测算法的仿真实验表明, 当检测信号中干扰分量的幅值不大于0.3 mm时, 算法检测厚度的相对误差总体保持在0.5%以内, 并将此作为调整旋转台转速的依据。分析实验测量数据发现, 两路信号的最大相对平移量为4; 通过对数据进行偏心补偿以及平移, 本厚度检测算法的测量重复性误差不大于0.05 mm, 可以实现在随机位置状态下对回转体厚度的高精度检测。

多相机系统的标定是立体视觉测量中的一个重要问题。而当各相机间公共视场较小或无公共视场时, 标定参照物不能同时出现在所有相机的公共视场, 因此无法求解系统中多相机的相对位置关系。针对该类问题, 论文在二维靶标标定法的基础上, 提出了一种基于两轴转台的无公共视场相机位置关系的求解方法。将待标定系统固定在转台上, 利用转台转动确定靶标坐标系与转台坐标系之间的相对关系; 通过转动转台使二维靶标依次进入每个相机视场以分别确定转动后每个相机在靶标坐标系中的位置, 并记录转动的角度; 最后, 结合靶标坐标系与转台坐标系关系, 求解各相机之间的相对位置关系。实验结果表明, 该方法具有可操作性, 解算误差在0.5%以内, 可较准确地确定多个光轴之间角度较大的非共视场相机位置关系。

基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术已成为故障航天器在轨捕获与维修、空间垃圾清除等空间操控活动开展必不可少的关键技术之一。针对这一技术,阐述了国内外研究现状; 然后,描述了相对位姿测量技术原理,并重点介绍了点云配准方法; 最后,进行了航天器模拟器的相对位姿测量精度仿真验证。结果表明: 基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术方法合理可行,测量精度高,可满足近距离操控中相对导航任务需求,对国内后续开展工程应具有较大参考价值。

For high-power laser facility, sub-beams caused by multiple defects of opitcal component surface with different distributions interfere with each other in the transmission process, bringing about complex changes in beam quality. So it is necessary to make a clear limitation on relative position of defects. On the basis of the diffraction transmission theory, when there are scratches with different spatial distributions on the optical element surfaces, the changes of beam modulation are studied. The influence of scratch depths on the distribution of near field beam modulation is also taken into account. Results show that when two parallel or vertical scratches are on the same or different surfaces of an element. Both of them produce more serious modulation than single scratch, and the maximum modulation degree can be increased to 1.5 times. Meanwhile more strict requirements for scratch depth are put forward. The results can provide reference for the revision of optical element standard and the determination of defects specifications for large- diameter elements in high-power laser systems.

为了解决无人机软管式加油信标点检测与匹配难的问题,设计了一种近红外信标检测系统,并提出一种鲁棒信标点匹配算法.该系统设计将8个850 nm波段近红外LED灯均匀布置在加油锥套外环,将850 nm带通滤镜和罗技C310摄像头结合,构成近红外信标检测系统;针对干扰点带来的误匹配问题,设计一种基于几何特征约束的信标点匹配算法,该算法可完成远干扰点排除、特征点排序、近干扰点排除和特征点标记.通过各种复杂环境的实验进行算法性能验证,结果表明:信标检测系统检测精度高、可靠性好;信标点匹配算法可以在复杂环境下鲁棒地实现信标点准确匹配.相对位置解算实验结果表明其解算精度较高.

针对高功率激光装置，光学元件表面不同分布形态的多个缺陷引起的子光束，在传输过程中会相互干涉叠加，引起光束质量发生复杂变化，因此有必要对缺陷的相对位置关系加以规范。基于光的衍射传输理论，研究了光学元件表面存在不同空间分布的划痕时光场调制的变化，以及划痕深度对调制光束近场分布的影响。结果表明，元件前后表面存在平行或垂直划痕时均会比单一划痕产生更加严重的光束调制，最大调制度可增至1.5倍，且划痕具有更严格的深度要求。研究结果为光学元件图形制备标准的补充及高功率激光装置大口径光学元件表面缺陷指标的确定提供了重要参考。

对航天器间相对位姿的光学测量问题进行了研究, 提出了一种新的单目视觉测量算法——相似迭代算法。该算法根据三角形相似原理提出了一种新的深度迭代机制, 并通过引入深度变量, 将求解2D-3D问题转化为迭代求解3D-3D问题。对数值仿真与两种现有的测量算法进行了比较。仿真结果表明, 该算法具有精度高、抗噪声能力强和实时性较好等优点, 可以应用于航天器间相对位姿测量等任务。

研究了冠状动脉感兴趣血管段造影图像和血管内超声图像融合的关键技术：导引丝与血管骨架的空间相对位置的计算。首先，通过构造6对匹配点和目标能量函数对几何变换矩阵进行了优化。然后，根据最佳垂平面法求取匹配点间的函数关系，并提出了血管骨架相对于导引丝的空间长度和角度的测量方法和误差分析方法。最后，针对单面冠脉造影图像进行了相对位置的计算。实验结果表明，导引丝与血管骨架重建的平均误差和标准偏差分别降为2.284 3 mm和2.483 1 mm，导引丝与血管骨架相对长度和角度的平均误差分别降为0.498 0 mm和6.029 9°，标准偏差降为0.574 7 mm和7.861 9°，基本可以满足图像融合的精度要求。