《光電測(cè)試技術(shù)》2015(第九章)

1、第九章第九章 現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)第一節(jié) 概 述n激光測(cè)量技術(shù)激光測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)中最是現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)中最重要技術(shù)重要技術(shù)n光纖測(cè)量技術(shù)成為現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)的光纖測(cè)量技術(shù)成為現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向之一發(fā)展方向之一n視覺檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)中熱視覺檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)中熱門技術(shù)之一門技術(shù)之一第二節(jié) 激光測(cè)量技術(shù)n激光測(cè)量技術(shù)激光測(cè)量技術(shù)應(yīng)用十分廣泛應(yīng)用十分廣泛n激光干涉測(cè)長(zhǎng)激光干涉測(cè)長(zhǎng)n激光共路干涉激光共路干涉n激光外差干涉激光外差干涉 n激光測(cè)距激光測(cè)距n激光測(cè)振激光測(cè)振n激光測(cè)速激光測(cè)速n激光準(zhǔn)直激光準(zhǔn)直n激光掃描激光掃描n激光跟蹤激光跟蹤激光干涉測(cè)量

2、技術(shù)激光干涉測(cè)量技術(shù)光電光波比長(zhǎng)儀的總體設(shè)計(jì)光電光波比長(zhǎng)儀的總體設(shè)計(jì)激光干涉測(cè)長(zhǎng)技術(shù)激光干涉測(cè)長(zhǎng)技術(shù)光電光波比長(zhǎng)儀的總體設(shè)計(jì)光電光波比長(zhǎng)儀的總體設(shè)計(jì)光電光波比長(zhǎng)儀組成框圖光電光波比長(zhǎng)儀組成框圖CCD成像測(cè)量系統(tǒng)成像測(cè)量系統(tǒng)n從光電系統(tǒng)輸出視頻信號(hào)的角度來看，從光電系統(tǒng)輸出視頻信號(hào)的角度來看，有三大類型：有三大類型：n基本的基本的CCD成像系統(tǒng)類型；成像系統(tǒng)類型；nCCD陣列陣列+紅外多元光敏元陣列器件的混合紅外多元光敏元陣列器件的混合型（又稱為型（又稱為IR-CCD型）成像系統(tǒng)；型）成像系統(tǒng)；nCCD陣列陣列+微光攝像管或砷化鎵半導(dǎo)體光敏微光攝像管或砷化鎵半導(dǎo)體光敏元陣列器件（又稱為元陣列器件

3、（又稱為EB-CCD型或型或I-CCD型）型）成像系統(tǒng)；成像系統(tǒng)；n統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為CCD成像測(cè)量系統(tǒng)成像測(cè)量系統(tǒng)CCD攝像器件的性能參數(shù)攝像器件的性能參數(shù)n靈敏度靈敏度n分辨率分辨率n信噪比信噪比n光電轉(zhuǎn)換特性光電轉(zhuǎn)換特性n光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)n動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍n暗電流暗電流黑白黑白CCD攝像機(jī)攝像機(jī)n集集CCD攝像器件、器件驅(qū)動(dòng)電路、圖像處理電路、電攝像器件、器件驅(qū)動(dòng)電路、圖像處理電路、電源電路等于一體，直接輸出電視信號(hào)源電路等于一體，直接輸出電視信號(hào)。模擬模擬CCD相機(jī)相機(jī)模擬模擬CCD相機(jī)相機(jī)1394口口CCDCCD成像測(cè)量的基本原理成像測(cè)量的基本原理光學(xué)成像關(guān)系光學(xué)成像關(guān)系Yy空間變換關(guān)系空

4、間變換關(guān)系若像高占據(jù)的像素?cái)?shù)為若像高占據(jù)的像素?cái)?shù)為N，則有，則有0NIy I0為像素沿線陣方向的尺寸。（為像素沿線陣方向的尺寸。（m）NMNIY00/M0為像素當(dāng)量，與成像光學(xué)系統(tǒng)的放大為像素當(dāng)量，與成像光學(xué)系統(tǒng)的放大率成反比，與像素尺寸成正比率成反比，與像素尺寸成正比CCD成像系統(tǒng)的光學(xué)特性成像系統(tǒng)的光學(xué)特性n主要有主要有3個(gè)參數(shù)決定：焦距個(gè)參數(shù)決定：焦距f、相對(duì)孔徑、相對(duì)孔徑D/ f 和視場(chǎng)角和視場(chǎng)角2tanfy1、物鏡焦距、物鏡焦距Yy fxxf2、相對(duì)孔徑、相對(duì)孔徑/數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑n 相對(duì)孔徑相對(duì)孔徑D/ f 的大小決定了物鏡的分辨率、的大小決定了物鏡的分辨率、像面照度，也影響成像質(zhì)

5、量像面照度，也影響成像質(zhì)量1） 物鏡的分辨率物鏡的分辨率/mm)(22. 111線對(duì)fDNn對(duì)于小視場(chǎng)大孔徑或者大視場(chǎng)大孔徑光學(xué)系統(tǒng)，視對(duì)于小視場(chǎng)大孔徑或者大視場(chǎng)大孔徑光學(xué)系統(tǒng)，視場(chǎng)中心的像面照度公式為場(chǎng)中心的像面照度公式為2） 像面照度像面照度220nE =K LUnsinnK為系統(tǒng)的透過率，為系統(tǒng)的透過率，L為光亮度為光亮度n在攝影系統(tǒng)中，設(shè)物鏡位于空氣中在攝影系統(tǒng)中，設(shè)物鏡位于空氣中n=n=1n引入入瞳直徑引入入瞳直徑D和光瞳處的放大率和光瞳處的放大率z 22z02zKLDE4f n軸外像點(diǎn)的照度與視場(chǎng)角有關(guān)，它與視場(chǎng)中軸外像點(diǎn)的照度與視場(chǎng)角有關(guān)，它與視場(chǎng)中心的像面照度的關(guān)系為心的像面照

6、度的關(guān)系為40EEcos 3、視場(chǎng)角、視場(chǎng)角2n物鏡的視場(chǎng)角決定了能在接受器上成良物鏡的視場(chǎng)角決定了能在接受器上成良好像的空間范圍，與物鏡的焦距有關(guān)好像的空間范圍，與物鏡的焦距有關(guān)n當(dāng)當(dāng)CCD器件的尺寸一定時(shí)，焦距越長(zhǎng)，器件的尺寸一定時(shí)，焦距越長(zhǎng)，視場(chǎng)角越小視場(chǎng)角越小tanfynCCD器件敏感區(qū)域的尺寸決定了攝像物器件敏感區(qū)域的尺寸決定了攝像物鏡成像范圍的大小鏡成像范圍的大小n在在CCD應(yīng)用系統(tǒng)中，為了充分利用物鏡應(yīng)用系統(tǒng)中，為了充分利用物鏡的分辨率，物鏡的光譜特性應(yīng)與使用條的分辨率，物鏡的光譜特性應(yīng)與使用條件密切配合件密切配合n即要求物鏡的最高分辨率的光線波長(zhǎng)應(yīng)即要求物鏡的最高分辨率的光線波

7、長(zhǎng)應(yīng)與照明光源波長(zhǎng)、與照明光源波長(zhǎng)、CCD器件敏感波長(zhǎng)相器件敏感波長(zhǎng)相匹配，并使物鏡的對(duì)該波長(zhǎng)光線的透過匹配，并使物鏡的對(duì)該波長(zhǎng)光線的透過率盡可能提高率盡可能提高4、系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定方法、系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定方法n當(dāng)系統(tǒng)的工作距確定后，為了從目標(biāo)像所當(dāng)系統(tǒng)的工作距確定后，為了從目標(biāo)像所占有的像元數(shù)占有的像元數(shù)N來確定目標(biāo)的實(shí)際尺寸，來確定目標(biāo)的實(shí)際尺寸，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定n標(biāo)定方法：標(biāo)定方法：n 先將一個(gè)已知尺寸為先將一個(gè)已知尺寸為Yp的標(biāo)準(zhǔn)模板放在被測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)模板放在被測(cè)目標(biāo)位置，然后通過計(jì)數(shù)得到該模板的像所目標(biāo)位置，然后通過計(jì)數(shù)得到該模板的像所占占CCD像元數(shù)的大小像元數(shù)的大小Npn可以得到系統(tǒng)的像素當(dāng)量可以得到系統(tǒng)的像素當(dāng)量M00ppMYN n由此可以計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的尺寸由此可以計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的尺寸0 x