《光电测试技术》2015(第九章)

1、第九章第九章 现代光电测试技术现代光电测试技术第一节 概 述n激光测量技术激光测量技术是现代光电测试技术中最是现代光电测试技术中最重要技术重要技术n光纤测量技术成为现代光电测试技术的光纤测量技术成为现代光电测试技术的发展方向之一发展方向之一n视觉检测技术是现代光电测试技术中热视觉检测技术是现代光电测试技术中热门技术之一门技术之一第二节 激光测量技术n激光测量技术激光测量技术应用十分广泛应用十分广泛n激光干涉测长激光干涉测长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激光测距激光测距n激光测振激光测振n激光测速激光测速n激光准直激光准直n激光扫描激光扫描n激光跟踪激光跟踪激光干涉测量

2、技术激光干涉测量技术光电光波比长仪的总体设计光电光波比长仪的总体设计激光干涉测长技术激光干涉测长技术光电光波比长仪的总体设计光电光波比长仪的总体设计光电光波比长仪组成框图光电光波比长仪组成框图CCD成像测量系统成像测量系统n从光电系统输出视频信号的角度来看，从光电系统输出视频信号的角度来看，有三大类型：有三大类型：n基本的基本的CCD成像系统类型；成像系统类型；nCCD阵列阵列+红外多元光敏元阵列器件的混合红外多元光敏元阵列器件的混合型（又称为型（又称为IR-CCD型）成像系统；型）成像系统；nCCD阵列阵列+微光摄像管或砷化镓半导体光敏微光摄像管或砷化镓半导体光敏元阵列器件（又称为元阵列器件

3、（又称为EB-CCD型或型或I-CCD型）型）成像系统；成像系统；n统称为统称为CCD成像测量系统成像测量系统CCD摄像器件的性能参数摄像器件的性能参数n灵敏度灵敏度n分辨率分辨率n信噪比信噪比n光电转换特性光电转换特性n光谱响应光谱响应n动态范围动态范围n暗电流暗电流黑白黑白CCD摄像机摄像机n集集CCD摄像器件、器件驱动电路、图像处理电路、电摄像器件、器件驱动电路、图像处理电路、电源电路等于一体，直接输出电视信号源电路等于一体，直接输出电视信号。模拟模拟CCD相机相机模拟模拟CCD相机相机1394口口CCDCCD成像测量的基本原理成像测量的基本原理光学成像关系光学成像关系Yy空间变换关系空

4、间变换关系若像高占据的像素数为若像高占据的像素数为N，则有，则有0NIy I0为像素沿线阵方向的尺寸。（为像素沿线阵方向的尺寸。（m）NMNIY00/M0为像素当量，与成像光学系统的放大为像素当量，与成像光学系统的放大率成反比，与像素尺寸成正比率成反比，与像素尺寸成正比CCD成像系统的光学特性成像系统的光学特性n主要有主要有3个参数决定：焦距个参数决定：焦距f、相对孔径、相对孔径D/ f 和视场角和视场角2tanfy1、物镜焦距、物镜焦距Yy fxxf2、相对孔径、相对孔径/数值孔径数值孔径n 相对孔径相对孔径D/ f 的大小决定了物镜的分辨率、的大小决定了物镜的分辨率、像面照度，也影响成像质

5、量像面照度，也影响成像质量1） 物镜的分辨率物镜的分辨率/mm)(22. 111线对fDNn对于小视场大孔径或者大视场大孔径光学系统，视对于小视场大孔径或者大视场大孔径光学系统，视场中心的像面照度公式为场中心的像面照度公式为2） 像面照度像面照度220nE =K LUnsinnK为系统的透过率，为系统的透过率，L为光亮度为光亮度n在摄影系统中，设物镜位于空气中在摄影系统中，设物镜位于空气中n=n=1n引入入瞳直径引入入瞳直径D和光瞳处的放大率和光瞳处的放大率z 22z02zKLDE4f n轴外像点的照度与视场角有关，它与视场中轴外像点的照度与视场角有关，它与视场中心的像面照度的关系为心的像面照

6、度的关系为40EEcos 3、视场角、视场角2n物镜的视场角决定了能在接受器上成良物镜的视场角决定了能在接受器上成良好像的空间范围，与物镜的焦距有关好像的空间范围，与物镜的焦距有关n当当CCD器件的尺寸一定时，焦距越长，器件的尺寸一定时，焦距越长，视场角越小视场角越小tanfynCCD器件敏感区域的尺寸决定了摄像物器件敏感区域的尺寸决定了摄像物镜成像范围的大小镜成像范围的大小n在在CCD应用系统中，为了充分利用物镜应用系统中，为了充分利用物镜的分辨率，物镜的光谱特性应与使用条的分辨率，物镜的光谱特性应与使用条件密切配合件密切配合n即要求物镜的最高分辨率的光线波长应即要求物镜的最高分辨率的光线波

7、长应与照明光源波长、与照明光源波长、CCD器件敏感波长相器件敏感波长相匹配，并使物镜的对该波长光线的透过匹配，并使物镜的对该波长光线的透过率尽可能提高率尽可能提高4、系统参数的标定方法、系统参数的标定方法n当系统的工作距确定后，为了从目标像所当系统的工作距确定后，为了从目标像所占有的像元数占有的像元数N来确定目标的实际尺寸，来确定目标的实际尺寸，需要对系统进行标定需要对系统进行标定n标定方法：标定方法：n 先将一个已知尺寸为先将一个已知尺寸为Yp的标准模板放在被测的标准模板放在被测目标位置，然后通过计数得到该模板的像所目标位置，然后通过计数得到该模板的像所占占CCD像元数的大小像元数的大小Npn可以得到系统的像素当量可以得到系统的像素当量M00ppMYN n由此可以计算出被测目标的尺寸由此可以计算出被测目标的尺寸0 x