1 西安理工大学图书馆, 陕西 西安 710048
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
3 西安市无线光通信与网络研究重点实验室, 陕西 西安 710048
4 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710126
ToF （Time of Flight）深度相机是获取三维点云数据的重要手段之一，但ToF深度相机受到自身硬件和外部环境的限制，其测量数据存在一定的误差。本文针对ToF深度相机的非系统误差进行研究，通过实验验证了被测目标的颜色、距离和相对运动等因素均会对深度相机获取的数据产生影响，且影响均不相同。本文提出了一种新的测量误差模型对颜色和距离产生的误差进行校正，对于相对运动产生的误差，建立了三维运动模糊函数进行恢复，通过对所建立的校正模型进行数值分析，距离和颜色的残余误差小于4 mm，相对运动所带来的误差小于0.7 mm。本文所做工作改善了ToF深度相机的测量数据的质量，为开展三维点云重建等工作提供了更精准的数据支持。
ToF深度相机 深度误差 误差校正 ToF depth camera depth error error correction
1 烟台大学物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
3 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室，陕西 西安 710119
4 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190
针对标准泡法在远距离SO2监测定标不准确的实际问题，开展定标误差校正方法研究。首先，基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论，提出消除光稀释效应影响的图像校正方法；然后，在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上，对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化；最后，综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线，并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO2柱密度图像以及SO2排放速率之间差异。结果表明，所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%，验证了该误差校正方法的有效性和准确度。
大气光学 SO2紫外相机 标准泡法 定标曲线 光稀释效应 误差校正 排放速率
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
3 上海市在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
4 中国合格评定国家认可中心 北京 100062
相位测量轮廓术因其简单低廉的特点被广泛用于光学三维测量领域，高精度的相位获取是测量的关键步骤。多频外差是相位测量轮廓术中常用的解包裹相位算法，针对多频外差解相位后产生的相位跳跃性误差，提出一种基于多频外差原理的相位校正方法。利用传统相移法和多频外差求出包裹相位和展开相位，针对展开相位中出现的跳跃性误差，通过展开相位对误差产生原因和误差位置进行初步确定，将多个频率的包裹相位进行对比，确定误差是否真实存在，对出现误差的像素点进行修正得到新的展开相位。实验结果表明：在对表面形状规则的物体测试时，展开相位光滑无跳跃性误差，表面三维重建无异常凹凸区域，实现了对解相位中跳跃性误差的消除，验证了该校正方法的有效性。
误差校正 多频外差 展开相位 跳跃性误差 error correction multi-frequency heterodyne unwrapping phase jumping error 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220697
北京控制工程研究所空间光电测量与感知实验室，北京 100190
调频连续波（FMCW）激光雷达具备同步高精度测距测速能力，在空间目标测量等领域中有重要应用前景。然而，目标高速运动导致雷达干涉中频信号发生频谱展宽，对测量精度形成了严重影响。为此，对FMCW激光雷达测量高速目标问题开展理论分析，建立了中频信号频谱的理论表述，利用频谱对称性的特征，提出了一种新型的基于频谱自卷积的中频频率解算算法。通过数值仿真进行验证，证实此算法可有效校正频谱展宽导致的测量误差，实现目标距离和速度的高精度测量，与传统方法相比，可在相同信噪比条件下实现测量精度三个数量级以上的提升。此算法运算量小，抗噪声干扰能力强，且应用前景广阔，对于推进FMCW激光雷达在空间碎片观测预警等空间技术领域的应用具有积极意义。
测量 激光雷达 调频连续波 频谱展宽 误差校正 中国激光
2023, 50(13): 1310003
云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500
为了降低光谱反射率重建设备的复杂度和成本并且在宽带光谱上进行更高精度的反射率重建，采用宽带多光谱成像的方法，将投影仪的红、绿、蓝三色光作为光源，用彩色数码相机对光谱图像进行采样。在主成分分析法的基础上引入加权系数，以及误差校正函数，利用改进后的方法重建色卡、染色纸张、油画表面的反射率。选取表征反射率重建精度的均方根误差、拟合度系数、光谱匹配偏度指数3个指标，对所提方法与主成分分析法和加权伪逆法的重建结果进行对比，结果表明：所提方法的重建精度较主成分分析法提高了约45%，较加权伪逆法提高了约30%；由所提方法计算的反射率重建的颜色色差值也优于后两者。
光谱学 光谱反射率重建 主成分分析法 加权系数 误差校正
在相位测量偏折术(Phase Measuring Deflectometry, PMD)中为获取面形梯度, 需要分别获取水平和垂直相移条纹图像, 因此所需图像通常较多。为了减少条纹投影幅数, 提出一种新的基于复合条纹的相位获取方法, 通过将水平和垂直相位信息叠加形成斜条纹, 实现基于5幅复合斜条纹的相位获取方法, 相位测量精度高于5步正交光栅相移方法。进一步当系统存在非线性响应时, 提出了基于7幅斜复合条纹的相位获取方法, 可有效消除系统2阶非线性误差。计算机仿真和实验表明所提方法切实可行, 其测量精度高于采用同样帧数的正交条纹方法。
偏折术 条纹分析 非线性分析 相位误差校正 deflectometry fringe analysis nonlinear analysis phase error correction
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题，提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差，通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后，指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad，平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad，并且当俯仰角较小时，修正效果较好；在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后，最大指向偏差变为1.51 mrad，平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度，对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。
光通信 自由空间激光通信 旋转双棱镜 Levenberg-Marquardt算法 最小二乘法 误差校正
1 中国民航大学航空工程学院，天津 300300
2 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
为了解决视觉测量在非均匀折射率环境中应用时出现的成像畸变问题，建立了在非均匀温度场中形成的非均匀折射率场，研究了光线在该折射率场中的轨迹并根据轨迹偏差修正了图像畸变。利用背景纹影法重构了由非均匀温度场产生的空间折射率场，将空间点发出的光抽象为光线，根据龙格-库塔法修正非均匀折射率场中的光线轨迹并校正图像畸变。利用PnP（pespective-n-point）算法和校正前后图像中同一点的像素坐标解算该点的世界坐标。实验结果表明，该方法能有效降低测量误差，修正被测图像的畸变。
几何光学 视觉测量 图像畸变 光线追迹 龙格-库塔法 误差校正 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0108001
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
2 广西光电信息处理重点实验室，广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学教学实践部，广西 桂林 541004
为了获得高精度的光谱，必须对空间外差光谱仪干涉图进行校正。针对空间外差光谱仪自身缺陷导致的干涉图非均匀误差，提出了一种基于傅里叶变换的校正方法。通过理论推导发现目标光谱是非均匀误差的傅里叶变换与误差光谱的卷积，并以连续光水汽干涉图为例进行了验证实验。结果表明，在2693组实验数据中，2679组数据得到了明显的校正效果，随机抽取3组数据校正后的标准差均提升了一个数量级，验证了该校正方法的有效性。
光谱学 空间外差光谱仪 干涉图 非均匀误差 误差校正 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1930002
