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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 33 期 2，2025 2025年33卷第2期

  • 现代应用光学

    “在三维精密测量领域，专家提出了基于标定参数修正的远心三维重构模型，有效补偿测量误差，为远心光路系统精密测量提供新思路。”

    李文杰, 刘伍浪, 王贝贝, 黄玉源, 刘规杰, 李富权

    DOI：10.37188/OPE.20253302.0165
    摘要：远心成像具有稳定放大倍率、大景深、低畸变等优点，在三维精密测量领域备受关注。然而，由于制造工艺的限制，远心镜头的孔径光阑无法完美地置于焦平面上，导致偏离光轴微小角度的光线也能进入，从而引入测量误差。针对该误差，提出了一种基于标定参数修正的远心三维重构模型。在理论上分析了远心光路非理想性产生的原因，并构建了与成像深度相关的系统标定参数模型，补偿因光路非理想性引起的测量误差。以对焦平面的标定参数为基础，基于控制变量法和最小二乘拟合算法建立径向畸变系数与成像深度之间的数学多项式表达式。采用随机采样一致性算法滤除相位噪声，并基于多项式模型建立相位-深度映射关系。三维重构时，根据绝对相位确定的深度信息修正径向畸变系数，继而实现高精度的横向尺寸重构。在标定板和标准球实验中，系统参数修正前后被测线段的测量误差由28.8 μm降为4.8 μm，标准球的直径测量误差由35.2 μm降为8.1 μm，验证了所提出方案的可行性与必要性。该方法为远心光路系统的精密测量提供了一种有效的参数修正思路，丰富了远心三维测量技术。  
    关键词：远心成像;三维成像;精密测量;条纹投影轮廓术   
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    更新时间：2025-03-21
    “在机器人协同作业领域，专家提出了一种两步法手眼标定方法，显著提升了标定精度和三维拟合精度。”

    邓立, 章易镰, 刘钢, 张越, 苗雨奇

    DOI：10.37188/OPE.20253302.0176
    摘要：为了提高线激光轮廓仪与机器人协同作业中的手眼标定精度，提出了一种基于两步法的标定方法。该方法采用常见易得的标定球作为标定物，通过改变一次姿态，一次平移的特殊测量方式，根据球心坐标在机器人坐标系中恒定不变的特性构建求解方程，联立不同姿态下的求解方程分别独立求解旋转矩阵和平移矢量。实验结果表明，两步法在X，Y方向的球心坐标标准差分别为0.324 9 mm和0.246 2 mm，相较于一步法的0.460 8 mm和0.639 1 mm，分别提升了29.5%和61.5%。此外，在球体拟合实验中，两步法拟合出的球体半径与标称半径14.996 mm的差值为0.019 mm，而一步法的差值为0.278 mm，两步法的拟合精度更高。本文提出的两步法手眼标定方法相较于一步法显著提高了标定精度和三维拟合精度。  
    关键词：手眼标定;线激光轮廓仪;标定球;齐次变换矩阵   
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    更新时间：2025-03-21
    “在电力设备缺陷检测领域，研究人员构建了分时型红外偏振成像系统，通过控制偏振片旋转实现多通道图像采集，为提升检测准确性与效率提供新方案。”

    张嘉旻, 毛玮韵, 肖嵘, 司文荣, 卞云逸, 郝佳, 周俊焯, 虞益挺

    DOI：10.37188/OPE.20253302.0184
    摘要：为了提升电力设备缺陷检测的准确性与效率，搭建了一个分时型红外偏振成像系统，组合了长波红外探测器及偏振片。针对输电线路，通过控制偏振片旋转实现多通道图像采集。然后，分别利用均方根误差（RMSE）、峰值信噪比（PSNR）和平均结构相似度（MSSIM）三个参数对不同偏振通道数以及不同偏振角度间隔的偏振特征参量图像进行评价。实验结果表明：随着通道数从3通道增加到18通道，偏振特征参量图像质量逐步提升，尤其在4通道到9通道的范围内，图像质量的提升最为显著。然而，进一步增加通道数对图像质量并未造成明显的影响，导致了冗余计算；对于3通道偏振特征参量图像，小角度间隔能够捕捉到细小目标的细节信息，而大角度间隔能够有效分离目标与背景，并减少噪声干扰，均有适合的应用场景。该实验结果对红外偏振成像的偏振通道数选择策略具有指导意义。  
    关键词：电力巡检;长波红外;分时型偏振成像系统;偏振通道;斯托克斯矢量   
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    更新时间：2025-03-21
    “报道：为提升TDLAS系统性能，研发便携式柱面镜多通池，采用NGO-VMD小波去噪算法，显著提高检测灵敏度和下限。”

    李桃花, 牛明生, 史永鹏, 李辉, 刘慧园, 杨乐, 袁昊天, 方宏福

    DOI：10.37188/OPE.20253302.0194
    摘要：为了提高TDLAS检测系统的检测性能和集成度，设计了一种基于便携式可调光程的柱面镜多通池的TDLAS系统，实现了从14 m，10.6 m，9.2 m，7.1 m和5.8 m仿真光程的转换。为了降低TDLAS系统测量气体过程中产生的噪声对检测精度和灵敏度的影响，提出了基于北方苍鹰优化（NGO）算法的变分模态分解 （VMD）小波去噪算法。仿真结果表明，与其他算法相比，NGO-VMD小波去噪算法能够更有效地降低噪声，且不会引起信号的失真。利用直接吸收检测技术，使用中心波长为1.653 μm的DFB激光器对CH4进行测试以评估系统的性能，结果表明，采用NGO-VMD小波去噪算法使检测信号的信噪比由66提高到109，系统的检测下限由12.1 ppm改善为7.28 ppm。Allan方差分析可知，在积分时间为263 s时，系统检测甲烷的最佳检测灵敏度从641 ppb提升为526 ppb，系统的检测下限和灵敏度都得到有效的提高，为优化TDLAS痕量气体检测系统提供了参考。  
    关键词：TDLAS;直接吸收;可调光程;北方苍鹰优化算法;变分模态分解   
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    更新时间：2025-03-21
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