• 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
    • / 9
    • 下载费用:30 金币  

    重庆时时彩平台评测: 激光模式与光阑的相对位置测量系统及其测量方法.pdf

    关 键 词:
    激光 模式 光阑 相对 位置 测量 系统 及其 测量方法
      专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    摘要
    申请专利号:

    CN201110092728.8

    申请日:

    2011.04.14

    公开号:

    CN102252690A

    公开日:

    2011.11.23

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 25/00申请日:20110414|||公开
    IPC分类号: G01C25/00 主分类号: G01C25/00
    申请人: 西安电子科技大学
    发明人: 邵晓鹏; 徐大雍; 龚昌妹; 王锐; 许宏涛; 范华; 梁凤明; 卢光旭; 董文晓
    地址: 710071 陕西省西安市太白南路2号
    优先权:
    专利代理机构: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 王品华;朱红星
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110092728.8

    授权公告号:

    102252690B||||||

    法律状态公告日:

    2013.03.20|||2012.01.04|||2011.11.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种激光模式与光阑的相对位置测量系统及其测量方法,主要解决现有系统测量精度低的不足。整个系统包括激光器(1)、光学系统(15)、待测谐振腔(6)、分光镜(7)、全反镜(8)、图像采集与数据采集系统(16)、主控计算机(13)和压电陶瓷驱动器(14),压电陶瓷驱动器驱动激光器输出激光,调节光学系统,使激光器输出的激光耦合到待测谐振腔中,待测谐振腔输出的激光经过分光镜与全反镜分为两路,此两路激光被图像采集与数据采集系统采集并传输至主控计算机上,主控计算机采用高精度图像处理算法处理光阑与激光模式的图像,并分别计算出光阑与激光模式的中心坐标。本发明具有同步CCD相机采集与锯齿波信号、测量精度高的优点,适用于激光器的高精度自动调腔。

    权利要求书

    1.一种激光模式与光阑的相对位置测量系统,包括激光器(1)、待测谐振腔(6)、
    CCD相机(9)、光电探测器(10)、图像采集卡(11)、数据采集卡(12)、主控计算机(13)
    和压电陶瓷驱动器(14),其特征在于:
    激光器(1)与待测谐振腔(6)之间设有光学系统(15),该光学系统包括:球面反射镜
    (2)、二维平行平板(3)、偏振片(4)和1/2波片(5);
    待测谐振腔与图像采集卡与数据采集卡之间设有分光镜(7)和全反镜(8);
    激光器发出的激光依次经过球面反射镜(2)、二维平行平板(3)、偏振片(4)、1/2波
    片(5)的调节,入射到待测谐振腔(6)中,待测谐振腔(6)输出的激光经过分光镜(7)分为
    两路,一路通过光电探测器(10)转化为电压信号,并通过数据采集卡(12)传输到主控
    计算机(13)上;另一路经全反镜(8)改变方向后被CCD相机(9)采集,经过图像采集卡
    (11)传输到主控计算机(13)上;
    主控计算机(13)中设有控制??楹屯枷翊砟??,该控制??橛蒛SB驱动和界面
    程序组成,USB驱动主控计算机(13)分别与压电陶瓷驱动器(14)和CCD相机(9)通信,
    传输控制指令,界面程序将激光模式和光阑的图像进行实时显示并保存,处理??橛?br />于对图像进一步的分割,并通过计算得到不同模式激光光束相对光阑的位置。
    2.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于激光器(1)采用单模扫频激光器,
    它在压电陶瓷驱动器(14)的控制下,输出周期性的、频率连续变化的激光,并能在一
    个扫频周期内逐次激发待测谐振腔(6)的多个本征模式。
    3.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于CCD相机(9),采用灵敏度为
    0.001lux、分辨率为1392*1040、增益调节范围为0~60dB、象元尺寸为4.65um*4.65um
    的CCD相机。
    4.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于图像采集卡(11)和数据采集卡(12)
    为并行设置,以同时完成对待测谐振腔(6)输出两路激光的检测。
    5.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于压电陶瓷驱动器(14),由DDS
    信号发生器和高压放大??樽槌?,DDS信号发生器在主控计算机(13)的控制下,产生
    0~5V的锯齿波电压信号,该电压信号通过高压放大??榉糯笪?~240V的电压锯齿
    波信号,输出给激光器(1)。
    6.根据权利要求1所述的测量系统,其特征在于球面反射镜(2)置放于激光器(1)
    输出激光的束腰位置,以保证该激光器输出激光的模式与待测谐振腔(6)中的固有模式
    相匹配。
    7.一种激光模式与光阑的相对位置测量方法,包括如下步骤:
    (1)根据环境中的光线强弱,在0~60dB范围内选择CCD相机的增益值,在
    1/15s~1/3100s范围内选择该CCD相机的曝光时间,通过该CCD相机检测待测谐振腔
    中光阑及其激光模式的图像,通过光电探测器检测待测谐振腔输出激光的功率,并传
    输给主控计算机;
    (2)主控计算机根据光电探测器采集到的激光基模模式的信号,调整压电陶瓷驱
    动器输出锯齿波信号的幅值与偏置电压,调整激光基模模式的位置、幅值以及谱线宽
    度,使其谱线宽度与CCD相机的曝光时间一致;
    (3)根据系统标定设置CCD相机的触发电压为0~1V,当调整过的激光基模模式
    的电压达到此触发电压时,主控计算机给该CCD相机发出触发信号,该CCD相机开
    始采集此激光模式及光阑的图像,并把采集的图像信息通过图像采集卡发送到主控计
    算机存储;
    (4)采用高斯滤波器去除图像噪声,利用基于自动阈值的图像分割方法,从去噪
    后的图像中分别分割出谐振腔光阑图像和激光基模模式图像,并对这两个图像进行二
    值化处理,然后分别计算出光阑图像和激光基模模式图像的中心坐标
    x = Σ i = 0 n - 1 Σ j = 0 m - 1 jB [ i , j ] A , ]]>
    y = Σ i = 0 n - 1 Σ j = 0 m - 1 iB [ i , j ] A , ]]>
    其中[i,j]为图像中像素的坐标,n为图像中像素的总行数,m为图像中像素的总列
    数,为图像的面积,B[i,j]为二值化图像后的像素值。

    说明书

    激光模式与光阑的相对位置测量系统及其测量方法

    技术领域

    本发明属于测量技术领域,具体涉及对激光陀螺谐振腔内光阑以及激光模式的测
    量,用于实现激光器的高精度自动调腔。

    背景技术

    在激光陀螺的生产过程中,谐振腔、镜片等光学组件的加工和安装误差及周围环
    境温度、压力的扰动会使反射镜片的位置和倾斜角产生偏移,造成腔镜失调,导致激
    光陀螺谐振腔的性能降低,即谐振腔的光学损耗增大。因此,为了使谐振腔的损耗最
    小,需要对谐振腔进行调腔,通过调整反射镜的位置和倾斜角来对上述误差和扰动进
    行补偿,消除腔镜失调。而在调腔过程中,需要对谐振腔中光阑和光束的位置进行检
    测,据此对反射镜的位置进行调整。传统的对谐振腔中光阑和光束的位置进行检测的
    方法一般是用检测仪进行检测,这种方法数字化程度不高,对系统的可控性不强。

    目前,国内在激光陀螺光学谐振腔中光阑和光束的位置进行检测方面有较新的应
    用,参见《基于视觉的环形激光陀螺自动调腔系统》(沈扬等,高技术通讯,2007)
    一文,该文献中所述的系统,使用了CCD相机和光电转换器采集谐振腔输出的信号,
    并提出了一种基于统计的图像处理方法,然后由主控计算机分析计算光阑与光束的相
    对位置。该文献中对光阑和光束的相对位置的检测方法解决了传统方法中直接用检测
    仪检测的不足,但该系统中由于摄像机的采集无法与锯齿波信号同步,从摄像机观察
    到的光束的强度会随着锯齿波信号的变化而不断的在强弱之间交替变化,得到的光束
    位置会由于光束强度的不断变化而出现很大的波动,识别结果很不可靠。虽然文中还
    提出了一种基于统计的图像处理算法,对光束进行有效的识别,但当光束偏离谐振腔
    的中轴线较远时,光束的强度和形状都不稳定,图像的分析结果会出现较大的波动,
    影响了测量精度。

    发明内容

    本发明的目的在于克服上述已有技术的不足,提出一种激光模式与光阑的相对位
    置测量系统及其测量方法,以避免光束强度变化引起的光束位置波动,实现CCD相
    机采集与锯齿波信号的同步,提高测量精度。

    实现本发明的目的的技术思路是:采用单模扫频激光器作为激励源,由压电陶瓷
    驱动器产生的锯齿波高电压信号驱动激光器中的压电陶瓷以使激光器输出周期性的、
    频率连续变化的激光,由主控计算机控制压电陶瓷驱动器的幅值、偏置电压以及触发
    控制CCD相机实现了CCD相机采集指定单个激光模式的图像,并采用高精度的图像
    处理方法,分别计算出光阑图像与激光模式图像的中心坐标。其技术方案描述如下:

    一.本发明的激光模式与光阑的相对位置测量系统包括:激光器、待测谐振腔、
    CCD相机、光电探测器、图像采集卡、数据采集卡、主控计算机和压电陶瓷驱动器,
    其中:

    激光器与待测谐振腔之间设有光学系统,该光学系统包括:球面反射镜、二维平
    行平板、偏振片和1/2波片;

    待测谐振腔与图像采集卡与数据采集卡之间设有分光镜和全反镜;

    激光器发出的激光依次经过球面反射镜、二维平行平板、偏振片、1/2波片的调
    节,入射到待测谐振腔中,待测谐振腔输出的激光经过分光镜分为两路,一路通过光
    电探测器转化为电压信号,并通过数据采集卡传输到主控计算机上;另一路经分光镜
    改变方向后被CCD相机采集,经过图像采集卡传输到主控计算机上;

    主控计算机中设有控制??楹屯枷翊砟??,该控制??橛蒛SB驱动和界面程
    序组成,USB驱动主控计算机分别与压电陶瓷驱动器和CCD相机通信,传输控制指
    令,界面程序将激光模式和光阑的图像进行实时显示并保存,处理??橛糜诙酝枷窠?br />一步的分割,并通过计算得到不同模式激光光束相对光阑的位置。

    二.本发明的激光模式与光阑的相对位置测量方法,包括如下步骤:

    (1)根据环境中的光线强弱,在0~60dB范围内选择CCD相机的增益值,在
    1/15s~1/3100s范围内选择该CCD相机的曝光时间,通过该CCD相机检测待测谐振腔
    中光阑及其激光模式的图像,通过光电探测器检测待测谐振腔输出激光的功率,并传
    输给主控计算机;

    (2)主控计算机根据光电探测器采集到的激光基模模式的信号,调整压电陶瓷驱
    动器输出锯齿波信号的幅值与偏置电压,调整激光基模模式的位置、幅值以及谱线宽
    度,使其谱线宽度与CCD相机的曝光时间一致;

    (3)根据系统标定设置CCD相机的触发电压为0~1V,当调整过的激光基模模式
    的电压达到此触发电压时,主控计算机给该CCD相机发出触发信号,该CCD相机开
    始采集此激光模式及光阑的图像,并把采集的图像信息通过图像采集卡发送到主控计
    算机存储;

    (4)采用高斯滤波器去除图像噪声,利用基于自动阈值的图像分割方法,从去噪
    后的图像中分别分割出谐振腔光阑图像和激光基模模式图像,并对这两个图像进行二
    值化处理,然后分别计算出光阑图像和激光基模模式图像的中心坐标

    x = Σ i = 0 n - 1 Σ j = 0 m - 1 jB [ i , j ] A , ]]>

    y = Σ i = 0 n - 1 Σ j = 0 m - 1 iB [ i , j ] A , ]]>

    其中[i,j]为图像中像素的坐标,n为图像中像素的总行数,m为图像中像素的总列
    数,为图像的面积,B[i,j]为二值化图像后的像素值。

    本发明具有如下优点:

    1)本发明由于采用球面反射镜和二维平行平板的组合,可同时精细调节入射到
    待测谐振腔激光的入射角度和平移尺度,提高了耦合效率,并通过球面反射镜对激光
    器和待测谐振腔进行模式匹配,有效减少了模式间的交叉耦合,从而提高了测量精度。

    2)本发明设计了独特的光学成像系统,将成像误差减至了最小。本发明由于采
    用高灵敏度、高分辨率、增益可调的、小象元尺寸的CCD相机,实现了光阑和激光
    模式图像的高清晰拍摄。本发明采用控制??槭怪骺丶扑慊芄淮シ⒖刂艭CD相机
    进行抓拍,实现了CCD相机采集与锯齿波信号的同步。

    3)本发明使用的压电陶瓷驱动器,使输出锯齿波信号的电压步进分辨率达到
    1mV,保证了激光器输出激光的频率变化量小于待测谐振腔输出激光的谱线宽度,成
    功实现了任意选择激光模式进行拍摄的功能。

    4)本发明由于采用单模扫频激光器,该激光器输出激光的频率与待测谐振腔固
    有激光模式的频率可长时间保持一致,给拍摄激光模式提供了充足的时间,保证了高
    清晰地拍摄待测谐振腔的固有激光模式,进一步提高了测量精度。

    5)本发明由于使用了偏振片和1/2波片,可以方便转换激励光束的偏振态、偏振
    方向和光强,从而兼容了线偏振模式和圆偏振模式的测量,既能满足抖动激光陀螺调
    腔需要也能满足零闭锁激光陀螺调腔需要。

    6)本发明采用了高精度的图像处理算法,即先采用高斯滤波器去除采集到的激
    光模式与光阑的图像噪声,采用基于自动阈值的图像分割方法,从去噪后的图像中分
    别分割出谐振腔光阑图像和激光模式图像,并对这两个图像进行二值化处理,然后分
    别计算出光阑图像和激光模式图像的中心坐标,实现了高精度地测量光阑中心与激光
    模式中心的坐标。

    附图说明

    图1是本发明激光模式与光阑相对位置测量系统结构框图;

    图2是本发明激光模式与光阑相对位置测量方法流程图;

    具体实施方式

    以下将结合附图,清楚、完整地描述本发明的光学系统、激光模式与光阑相对位
    置测量系统的设置,用图像处理??榻写?、计算得到激光模式中心坐标与光阑中
    心坐标的详细过程。

    参照图1,本发明的测量系统包括激光器1、光学系统15、待测谐振腔6、分光
    镜7、全反镜8、图像采集与数据采集系统16、主控计算机13和压电陶瓷驱动器14。
    其中:

    激光器1,采用单模扫频激光器,其上附有压电陶瓷,通过控制压电陶瓷,可调
    节激光器1输出激光的频率,其输出的激光传输给光学系统15。

    光学系统15,包括球面反射镜2、二维平行平板3、偏振片4和1/2波片5,该
    球面反射镜2置放于激光器1输出激光的束腰位置,在该球面反射镜2之后依次放
    置有二维平行平板3、偏振片4和1/2波片5;球面反射镜2和二维平行平板3可精
    确调节入射激光的角度和位置,降低光路调节难度,提高入射激光与待测激光陀螺谐
    振腔的耦合效率;偏振片4和1/2波片5可根据测量需要,调节和转换入射到待测谐
    振腔6的激光偏振态、偏振方向和光强。

    待测谐振腔6放置于光学系统15之后,用于接收光学系统15输出的激光,在待
    测谐振腔6后端依次放置有分光镜7和全反镜8,分光镜7和全反镜8将待测谐振腔
    6输出的激光分为两路后传输至之后的图像采集与数据采集系统16。

    图像采集与数据采集系统16,包括CCD相机9、光电探测器10、图像采集卡11
    和数据采集卡12,光电探测器10位于数据采集卡12的前端,用于将采集到的一路激
    光转化为电压信号,并通过该数据采集卡12传输到主控计算机13上;CCD相机9
    位于图像采集卡11的前端,用于采集另一路激光,并通过该图像采集卡11传输到主
    控计算机13上。

    主控计算机13,位于图像采集与数据采集系统16之后,该主控计算机13设有控
    制??楹屯枷翊砟??,控制??橛蒛SB驱动和界面程序组成,USB驱动和界面程
    序相互独立并都与图像处理??橄嗔?;USB驱动用于通过USB接口向外部设备发送
    控制指令,界面程序将激光模式和光阑的图像进行实时显示并保存;处理??橛糜谕?br />像处理、反馈信号给控制???,并通过计算得到不同模式激光光束相对光阑的位置。

    测量时,激光器1在压电陶瓷驱动器14的控制下,输出周期性的、频率连续变
    化的激光,然后调节球面反射镜2、二维平行平板3、偏振片4和1/2波片5,使激光
    器1输出的激光很好地耦合到待测谐振腔6中,该待测谐振腔6输出的激光经过分光
    镜7分为两路,一路通过光电探测器10转化为电压信号,并通过数据采集卡12传输
    到主控计算机13上,另一路经全反镜8改变方向后被CCD相机9采集,经过图像采
    集卡11传输到主控计算机13上,主控计算机13中的控制??楦莨獾缣讲馄?0采
    集到的数据信号同步控制压电陶瓷驱动器14和CCD相机9,图像处理??榇聿杉?br />到的图像信息,并计算出光阑和激光模式的中心坐标。

    参照图2,本发明的测量方法包括如下步骤:

    步骤1,进行系统光路调节

    1.1)打开压电陶瓷驱动器和激光器,压电陶瓷驱动器驱动激光器输出激光,调节
    光学系统,使激光光束很好地耦合进待测谐振腔;

    1.2)调节分光镜,使待测谐振腔输出的激光分为两路,其中一路激光入射到光电
    探测器上,另一路激光经全反镜改变方向后垂直入射到CCD相机镜头上;

    步骤2,设置参数

    2.1)打开CCD相机,根据环境中的光线强弱,设置CCD相机的增益值和曝光
    时间参数;

    2.2)根据系统标定设置CCD相机的触发电压,当光电探测器采集到的激光模式
    电压达到此触发电压时,主控计算机给该CCD相机发出触发信号,该CCD相机开始
    采集激光模式及光阑的图像;

    2.3)设置压电陶瓷驱动器输出锯齿波信号的幅值与偏置电压参数,使指定单个激
    光模式的谱线宽度与CCD相机的曝光时间一致;

    步骤3,数据采集卡将光电探测器采集到的激光功率谱波形数据上传至主控计算
    机并进行实时显示,通过实时观察激光功率谱波形数据,辅助操作者调整系统参数的
    设置;

    步骤4,图像采集卡将CCD相机采集到的激光模式与光阑的图像上传至主控计
    算机并进行实时显示与存储,通过实时观察激光模式与光阑的图像,辅助操作者调节
    系统光路;

    步骤5,处理采集到的激光模式与光阑的图像

    5.1)采用高斯滤波器去除采集到的激光模式与光阑的图像噪声;

    5.2)采用基于自动阈值的图像分割方法,从去噪后的图像中分别分割出谐振腔光
    阑图像和激光模式图像;

    5.3)选择阈值Tb=bmax-0.1,其中,bmax=max(f(w,q)),f(w,q)为分割出的激
    光模式的图像中(w,q)位置处的灰度值,bmax为此图像中的灰度最大值,然后将分割
    出的激光模式图像按照阈值Tb进行二值化,即:

    f(w,q)=0,当f(w,q)≤Tb,

    f(w,q)=1,当f(w,q)>Tb;

    5.4)使用大津展之Otsu方法选择阈值t*:

    t*=max(η2(t)),

    η2(t)=a0(u0-u)2+a1(u1-u)2=a0a1(u0-u1)2,

    其中,a1=1-a0,
    Pk为图像中各灰度级出现的概率,k为图像的灰度级,L为图像总灰度
    级数,t为图像的中间某灰度级;

    5.5)将分割出的光阑图像按照阈值t*进行二值化,即:

    g(u,v)=0,当g(u,v)≤t*,

    g(u,v)=1,当g(u,v)>t*,

    其中,g(u,v)为分割出的光阑图像中(u,v)位置处的灰度值;

    5.6)利用重心计算方法分别计算出二值化后的光阑图像和激光模式图像的中心
    坐标

    x = Σ i = 0 n - 1 Σ j = 0 m - 1 jB [ i , j ] A , ]]>

    y = Σ i = 0 n - 1 Σ j = 0 m - 1 iB [ i , j ] A , ]]>

    其中[i,j]为图像中像素的坐标,n为图像中像素的总行数,m为图像中像素的总列
    数,为图像的面积,B[i,j]为二值化图像后的像素值。

    关于本文
    本文标题:激光模式与光阑的相对位置测量系统及其测量方法.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-5878518.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    [email protected] 2017-2018 www.4mum.com.cn网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
     


    收起
    展开
  • 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
  • pk10技巧345678不定位 开心七星论坛交流区 快三计划软件网页版 扑克牌猜大小怎么玩 pk10怎样分析走势分析 飞艇精准计划全天免费 双色球全部组合数据 广西福利彩票自助投注 11选五稳赚不赔 重庆时时彩网址 腾讯分彩计划软件下载 彩票投注站在哪申请 时时彩龙虎刷流水技巧 江苏快3稳赚公式世界杯 欧洲秒速时时开奖号码 十分快三计划预测