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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 1，2025 2025年33卷第1期

  • 现代应用光学

    “在结构光三维测量领域，专家提出了正反互补格雷码结合相移法等技术，有效提升了系统稳定性与精度。”

    冯云, 李佩伍, 伍文蕾, 吕健宇, 刘晓军, 陈良洲

    DOI：10.37188/OPE.20253301.0001
    摘要：为了解决结构光三维测量系统受测量环境干扰、被测物体几何特性等因素造成的稳定性不强、精度不高等问题，对该系统的投影编码方式、投影加速等算法进行研究，提升系统稳定性与精度。根据结构光系统稳定性不强的问题提出了正反互补格雷码结合相移法。考虑投影张数造成的时间消耗较长等问题，提出了合成图案并行加载方法缩短投影时间。其次，考虑被测物体几何特性造成的光线遮挡与阴影问题，提出双投影单相机系统结构扩大测量视场范围，消除阴影等现象。最后，与互补格雷码结合相移法、多频外差法进行性能比对，证明了所提方法的有效性。实验表明，所提方法的系统稳定性与整体性能较优，合成图案并行加载相比未改进前投影效率提升55.51%，测量标准差为0.014 mm。所提方法极大地提升了系统稳定性，性能优于传统编码方法。  
    关键词：三维测量;反格雷码;相移法;投影加速;双投影单相机   
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    更新时间：2025-03-07
    “在大型设备制造领域，专家提出了基于激光跟踪的六自由度测量系统标定方法，有效提升了远距离大视场中的姿态测量精度。”

    熊芝, 钟陈小鹏, 张昊, 贾小东, 郭政南, 赵子越, 翟中生, 周维虎

    DOI：10.37188/OPE.20253301.0013
    摘要：基于激光跟踪的六自由度（6DoF）测量系统在大型设备生产、制造、装配等环节具有广泛的应用，其中姿态测量精度是实现高精度位姿测量的保障。为解决激光跟踪姿态测量系统在远距离大视场中的标定问题，提出一种建立在多位姿标靶上的系统标定方法。以基于相机的激光跟踪姿态测量系统为研究对象，介绍了该系统的组成及姿态测量原理；其次对系统姿态求解算法性能进行了分析，得出对系统标定精度的影响因素；并在此基础上提出一种基于空间多位姿标靶的系统参数标定方法，基于空间几何约束和最小二乘原理，实现了标定参数的最优求解；最后，搭建基于全站仪的激光跟踪实验平台，使用移动标定板构建立体标靶进行标定。实验结果表明：在3~15 m的测量范围内，采用本文标定方法的姿态测量精度相较于改进前可提升25.4%以上。该方法在远距离大视场测量中具有重要的应用价值。  
    关键词：激光跟踪;姿态测量;远距离;大视场;标定   
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    更新时间：2025-03-07
    “在光学膜厚监控领域，专家设计了准直聚焦耦合光路系统，提高了监控精度和光谱矩形度，为制备高精度窄带滤光膜提供解决方案。”

    谢海峰, 付秀华, 董所涛, 石澎, 任松林, 杜昕, 王由德

    DOI：10.37188/OPE.20253301.0025
    摘要：针对直接式光学膜厚监控系统中卤素灯光源发散和探测器接收信号幅值弱，导致短波波段监控精度差，并且制备窄带滤光膜（带宽<5 nm）监控误差大引起光谱矩形度差等问题，通过分析HLX64623卤素灯的光强分布和光纤耦合原理，根据镀膜机的结构参数设计准直聚焦耦合光路系统的初始结构，通过采用非球面U型反光镜结构和自由曲面透镜实现发散光源的准直以及光信号聚焦与光纤耦合，利用Zemax软件以基板和光纤接收端面上的辐照强度和光斑尺寸为优化目标进行迭代优化，相比于独立光源结构，优化后基板辐照强度提高了147%，光纤接收端辐照强度从0提高到1.53%。将准直聚焦耦合光路系统安装在镀膜机上进行测试，相比独立光源信号强度提高了362.3%，信噪比提高了91.9%，通过制备365 nm带宽10 nm的窄带滤光膜，连续镀制三炉的中心波长偏移量在1 nm以内，半高宽均为10 nm。实验结果表明，该装置可实现对近紫外到可见近红外波段高精度窄带滤光膜的稳定监控。  
    关键词：光学薄膜;膜厚监控;光路设计;光纤耦合;光学膜厚   
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    更新时间：2025-03-07
    “在三维重建领域，研究者提出了一种多尺度点云融合方法，有效解决了双投影结构光系统尺度差异问题，为物体表面三维重建提供新方案。”

    姬小峰, 李建军, 牛健, 邓高旭

    DOI：10.37188/OPE.20253301.0037
    摘要：针对双投影结构光系统的相对参照物不同会造成双点云尺度差异，进而导致点云难以直接融合的问题，提出了一种基于双投射结构光系统的多尺度点云融合方法。对双投射结构光系统分别进行标定获得相机、投影仪的内参和外参以及系统间的外参。运用加权最小二乘相位展开法来获取绝对相位，并结合已标定参数计算出点云数据。分别求解两系统重叠区域内的任意两点在不同系统下的空间距离，并计算出系统间的距离比例值，完成双点云的尺度统一。接着，利用主成分分析法对点云的实施粗配准，并采用基于迭代最近点的匹配算法求解出全局最优的变换矩阵。最后，依据变换矩阵将源点云变换至目标点云，同时利用欧式距离来评价融合后相邻点的距离，删除给定阈值下的离群点云，从而实现双投射结构光系统的多尺度点云融合。实验结果表明：融合前后平面拟合误差的标准差数值约下降了19.56%，充分证实了所提方法能够有效实现不同尺度下的点云融合和物体表面的三维重建。本研究不仅能为双投射结构光系统因点云尺度差异所造成的误差问题提供有效的解决方案，而且可以消除因遮挡导致的点云缺失状况。  
    关键词：结构光系统;三维重建;双投射;点云融合   
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    更新时间：2025-03-07
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