影象云纹仪及其在航空工程测量中的应用

 本文介绍影象云纹仪的光学原理与设计、结构的特点,结合实例说明了在航空工程测量中的应用。 影象云纹仪是一种非相干光光学图像测量仪器,利用光栅与其影象的干涉形成等高云纹,从而测量物体的三维形状和离面位移。文中用付里叶光学推导了影象云纹光场强度分布,得到云纹标高计算公式;创造了一种制作云纹光栅的金属模板直接拷贝法,研制出的光栅节距误差小,对比度高;仪器光栅主方向往复运动提高了图象的信噪比,沿主光轴的微动平移可实现分数级条纹补偿,并可进行凹凸形态的判定。 文中还给出了薄壁结构失稳扩展和屈曲形态的云纹图,以及旋翼叶片的等高云纹图。     

基于Otsu和FMM方法的风洞试验图像修复

各种光学测试技术在风洞试验中应用越来越广泛，图像中的破损或无关信息均会影响数据的处理和分析。以存在缺陷的风洞纹影图像为例，对数字图像修复技术进行了研究。根据缺陷离散分布、大小及形状各异，核心区域的灰度值较低以及边缘处灰度梯度变化较大等特点，将图像修复流程设计为确定待处理区域、缺陷识别和缺陷修复等3个步骤。前2个步骤使用Otsu算法进行图像的分割处理，然后使用快速行进方法（FMM）完成缺陷修复。经处理，纹影图像的缺陷被自动识别，并得到了减少或削弱，而且修复的信息客观合理。该方法可推广至其他光学测试技术的图像修复。     

基于内流场PSP测量技术的图像后处理

由于在测量模型表面压力方面具有独特的优势,光学压敏测量技术（Pressure-Sensitive Paint Technique,PSP）近年来受到了广泛关注。然而,由于内流场流动的复杂性及狭小的几何空间,内流场的PSP压力测量实验难度非常大,影响了PSP的测量精度与显示效果。基于对光学压敏测量技术测量原理的深刻理解,结合图像对准与三维重构理论,探究并优化相应的图像处理流程,自主发展了PSP图像的三维重构程序。以某平面叶栅叶片PSP实验图像为研究对象,按照提出的优化图像处理流程,提高了叶片表面PSP测压的精度,实现了叶片表面压力场的三维重现,并与静压孔测量结果进行了比对。结果表明：所发展的PSP图像处理方法及流程,是现有测量条件下提高PSP测量精度的有效措施之一,且经过叶片表面压力场的三维重现,便于获取图像上的压力信息。     

大幅面光学摄影测量胶片的数字化实现途径

提出利用成熟的扫描仪产品和一些新技术,对大幅面光学摄影测量胶片进行数字化的途径。通过对通用扫描仪的扫描方法、光学系统、传动机构等进行改进,并采用图像校准技术,完成大幅面光学测量胶片的高精度数字化,从而提高图像分析、判读和处理的精度。     

非光学遥感数据的可视化处理

对非光学遥感数据进行可视化处理有利于信息的提取和识别。伪彩色处理是非光学遥感图像增强和显示的常用方法,调色板的编码技术是非光学遥感图像伪彩色显示的关键。对照灰度编码方法,给出了非线性伪彩色编码方法和类JET伪彩色编码方法,并以干涉合成孔径声纳湖试数据处理为例,验证了这些方法的有效性。     

一种基于立体视觉技术的燃烧诊断方法

为了获得一种简便、易于操作的三维光学诊断方法,将双目立体视觉技术引入燃烧诊断领域,并验证了其在燃烧诊断领域应用的可行性。搭建了用于燃烧流场诊断的高速双目立体视觉系统,阐明了双目立体视觉原理并开发了配套软件,通过对标定模板上特征点进行三维重建验证了系统和软件的可用性,对特征点三维重建的绝对误差为0.17mm,相对误差为8%。实现了对非预混冲击火焰表面的三维重建,重建后的三维图像可以清晰地显示出火焰表面的三维几何结构。对一组连续拍摄的图像进行处理,得到火焰在微小时间间隔中的空间演变情况。实验结果表明,利用该技术可以实现对燃烧火焰的三维诊断,利用该技术进行的实验操作相对于其他的光学诊断方法而言也非常简单。     

图像处理技术在疲劳裂纹长度测量中的应用

研究材料的疲劳断裂特性,对产品结构设计和寿命预估计具有重要意义。试验中常需测量裂纹扩展长度,以确定裂纹长度与循环载荷次数的关系。在多孔铝合金板疲劳试验过程中,采用先进的图像数据采集和处理技术来测定疲劳裂纹的实际长度,拍摄不同循环次数下疲劳裂纹扩展的CCD图像;基于MATLAB软件,采用OTSU算法和形态学方法,把CCD图像转换成二值图并进行细化处理,得到裂纹扩展骨架图;用链码方法计算出裂纹像素长度,最后根据标定系数便可获得裂纹的实际长度。与显微镜测量裂纹方法比较,该方法具有精度高、非接触、可保存裂纹扩展状态等特点。     

红外热图数据在结冰分析中的应用

红外热图技术是一种探测表面辐射热能的新技术。它可用于观测表面的复杂传热特性及表面的温度分布,可用于热动力测量、结构无损检测和流动显示。本文介绍的是,用红外热图技术对转动和非转动、加热和非加热桨叶表面温度的观测结果及在结冰分析中的应用。 表面热能辐射是在红外线波长范围内以电磁波的形式进行的。红外热图系统由光学器件、红外探测器、电子处理设备及软件组成。系统中的探测     

国内研制计量元件品种最齐全的单位——中国航空精密机械研究所

中国航空精密机械研究所从事光学零件刻划、照相、镀膜等特种工艺研究拥有自行研制的激光定位长刻机,光栅定位圆刻机,长光栅镀膜机等先进设备,技术力量雄厚,二十余年来,该所研制了高精度长、圆光栅;长、圆感应同步器;高精度线纹尺和度盘;容栅元件;光学工具尺和各种复杂分划板等产品。它是国内研制计量元件品种最齐全的单位,具有综合研制能力强,精度高,质量可靠等特点,在国内享有盛誉。     

扩压叶栅剪敏液晶试验与图像处理

基于剪敏液晶涂层(SSLCC)材料的光学特性,发展了适合于内流场狭小空间环境下的SSLCC边界层流动显示技术:设计并加工了微型摄像头-发光二极管(LED)组合式图像采集设备解决拍摄光路问题;基于二维SSLCC图像与三维模型的空间映射关系,建立了真实模型的三维重构方法;通过SSLCC图像光谱Hue色相值转化,实现了液晶图像信息的定量分析。以西北工业大学高亚声速平面叶栅风洞为平台,开展了某扩压叶栅吸力面边界层流态的剪敏液晶流动显示试验。结果表明:所发展的剪敏液晶显示技术可进行叶栅内流场边界层的流态测量;所建立的图像处理方法可为边界层流动特征的辨识及其特征位置确定提供技术支撑;在来流马赫数为0.12、攻角为0°的条件下,叶片吸力面边界层沿流向依次经历了层流边界层分离、再附着及转捩为湍流状态的过程,且边界层的发展受叶栅角区分离流动影响,造成其前缘分离区减小,再附着点和边界层转捩位置向前缘移动。     

在线实时工件测长系统开发

在线实时工件测长系统是将数字图像处理技术与在线图像检测技术应用于工业生产现场的一个典型实例，系统中采用光学摄像机采集工件图像信息，应用图像增强、边缘检测、图像识别等数字图像处理技术对所采集到的图像信息进行处理识别，实现了在远距离条件下以非接触方式对生产线上的工件进行实时长度测量，并实现了对测量结果的显示、记录及传送。大量实验表明，在线实时工件测长系统能够准确地进行在线工件全天候测长，保证了检测的客观性和真实性。此外，系统还具有耐高温耐污染的特点，适合于工业现场的环境。     

相位差异技术在靶场光学测量设备中的应用

在分析光学设备需求、相位差异技术基本原理的基础上,对相位差异技术进行实验验证,并就其在靶场光学测量设备中的应用进行技术探讨。根据实验结果,原始图像的Fisher值为6.98×10-4,采用相位差异技术恢复后,图像的Fisher值提高到2.50×10-3,恢复结果验证了相位差异技术对水平传输过程中大气扰动的抑制能力。研究表明,该技术可有效改善大气湍流、光学系统像差对光学测量设备高分辨力成像的影响,还可应用于光学测量设备安装调试过程以及外场期间故障诊断和像差检测及校正。针对该技术实时性不足的问题,提出了优化算法、优化软件结构、选择高性能处理器等解决方案。     

空间目标的高分辨率散斑成像技术研究

地基光学望远镜对空间目标的成像分辨力受到大气湍流的严重限制。散斑成像技术能利用目标的短曝光序列图像来实现目标图像的高分辨复原,从而使光学望远镜达到其衍射极限分辨力。对空间目标在不同湍流强度下的成像进行了数值模拟,并采用散斑成像技术对这些模拟图像进行复原实验。实验结果表明:复原图像的分辨率相对于模拟模糊图像得到明显提升,且当采用Sobel算子作为像质评价函数时,复原图像的质量提升了2倍以上。最后对实际月球表面图像进行了复原实验,复原的月球图像不仅视觉清晰度得到提高,还显示了更多的细节信息;且像质评价函数结果是原始图像最好帧的3倍。另外,散斑成像技术也适用于非等晕成像。     

无人机载多传感器图像融合评述

为了能为作战指挥系统提供清晰的局部战场信息,提高对局部战场低可观测目标的检测概率、定位精度及识别概率,迫切需要对无人机载SAR、可见光传感器、红外探测器等图像信息及其他非图像信息融合处理。提出了无人机载多传感器图像融合技术需要研究的内容,如: 图像融合新方法研究;无人机载SAR图像的非平稳性处理;基于图像融合目标检测和处理技术; 无人机载图像和非图像信息的融合问题;无人机载多传感器图像融合的实现及评估;多无人机载合成孔径雷达的协同成像;用图像融合的方法实现对运动目标检测等。分析了所提出研究内容的可行性,剖析了其中的关键技术,拟定了可能的技术路线。     

LSM激光扫描显微镜

LSM激光扫描显微镜(见图)是传统显微镜和激光扫描结合在一起的新一代光学显微镜。它是一台具有多种扫描方式和功能的仪器,通过多种激光源的转换和激光强度的调节,配置先进电脑和多种终端图像显示系统,给使用带来了自动化的方便。LSM激光扫描显微镜在金属、材料和半导体器件分析等方面有着广泛应用。 LSM激光显微镜能自动处理图像信息,操作简便,毋须像扫描电子显微镜SEM在真空下工作或对试样进行预处理。它是一台良好的在静态或动态下非破坏性分析仪器,同时也避     

战术训练中的双分辨率头盔显示器

当图像发生信号源质量一定的情况下,采用感兴趣区技术可以尽可能发挥显示系统的分辨率水平。在过去几年里,出现了多种感兴趣区显示技术,其主要特点是用光学方法去合成高低分辨率图形。本文将介绍另外一种方法,将图像发生器和显示系统互相配合设计,在同一幅图像里出现不同分辨率的图像区域。第一台用CAE公司MAXVUE图像发生器制作的这种双分辨率视景系统,已于1994年夏交付用户,现用于战术训练。     

白天大气层内星敏感器观星能力分析

利用星敏感器进行白天大气层内观星,首先要解决的问题是强天空背景的干扰。通过对白天天空背景和不同光谱恒星的特点进行分析,提出了光谱滤波和偏振成像加形态学滤波和多帧图像累加的技术路线,综合利用光学方法和图像处理方法提高观测对比度和信噪比。给出了白天观星的信噪比模型,并在不同天空背景偏振度条件下,得出了G、K、M光谱恒星的0至5等星的单帧图像信噪比和对应的使CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)接近饱和的极限曝光时间。结果表明:星等值越低,天空背景偏振度越大,则信噪比越高;同等条件下,信噪比由小到大依次为G、K、M光谱恒星;而对于低信噪比的图像,通过多帧累加后可满足观测的要求。     

旋转捷联惯导系统原理及典型方案分析

旋转捷联惯导系统采用旋转调制误差补偿技术对陀螺仪和加速度计误差进行调制,可以提高系统导航精度。文章借助捷联系统基本误差方程,简要分析了旋转调制误差补偿的机理;通过对几种典型IMU旋转方案的分析和仿真,验证了旋转调制误差补偿技术的有效性并比较了不同旋转方案的特点。     

基于综合切面模线的飞机零件逆向建模

主要以模拟量飞机改型设计与数字化制造的具体要求为切入点进行研究,阐明了以综合切面模线为基础的零件逆向建模方法。该方法通过平板式扫描设备扫描零件的切面模线形成二维光栅图像,并通过正交网格线对二维光栅图像进行失真校正和矢量化处理,最终通过矢量化的切面模线对飞机零件进行逆向建模。结合飞机零件的逆向建模过程,进行了详细描述。     

利用小波分析实现对HRTEM图像信息的提取

应用小波变换技术尝试去除高分辨电子显微图像中的噪音成分，并提取高分辨电子显微图像细节部分的有用信息以及提高图像的分辨率。可以预见小波分析技术在HRTEM图像处理中应该有较大的应用空间。并针对HRTEM图像处理给出了适用的母小波选择。