1、第九章第九章 現代光電測試技術現代光電測試技術第一節 概 述n激光測量技術激光測量技術是現代光電測試技術中最是現代光電測試技術中最重要技術重要技術n光纖測量技術成為現代光電測試技術的光纖測量技術成為現代光電測試技術的發展方向之一發展方向之一n視覺檢測技術是現代光電測試技術中熱視覺檢測技術是現代光電測試技術中熱門技術之一門技術之一第二節 激光測量技術n激光測量技術激光測量技術應用十分廣泛應用十分廣泛n激光干涉測長激光干涉測長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激光測距激光測距n激光測振激光測振n激光測速激光測速n激光準直激光準直n激光掃描激光掃描n激光跟蹤激光跟蹤激光干涉測量

2、技術激光干涉測量技術光電光波比長儀的總體設計光電光波比長儀的總體設計激光干涉測長技術激光干涉測長技術光電光波比長儀的總體設計光電光波比長儀的總體設計光電光波比長儀組成框圖光電光波比長儀組成框圖CCD成像測量系統成像測量系統n從光電系統輸出視頻信號的角度來看，從光電系統輸出視頻信號的角度來看，有三大類型：有三大類型：n基本的基本的CCD成像系統類型；成像系統類型；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；型）成像系統；nCCD陣列陣列+微光攝像管或砷化鎵半導體光敏微光攝像管或砷化鎵半導體光敏元陣列器件（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；成像系統；n統稱為統稱為CCD成像測量系統成像測量系統CCD攝像器件的性能參數攝像器件的性能參數n靈敏度靈敏度n分辨率分辨率n信噪比信噪比n光電轉換特性光電轉換特性n光譜響應光譜響應n動態范圍動態范圍n暗電流暗電流黑白黑白CCD攝像機攝像機n集集CCD攝像器件、器件驅動電路、圖像處理電路、電攝像器件、器件驅動電路、圖像處理電路、電源電路等于一體，直接輸出電視信號源電路等于一體，直接輸出電視信號。模擬模擬CCD相機相機模擬模擬CCD相機相機1394口口CCDCCD成像測量的基本原理成像測量的基本原理光學成像關系光學成像關系Yy空間變換關系空

4、間變換關系若像高占據的像素數為若像高占據的像素數為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為像素當量，與成像光學系統的放大為像素當量，與成像光學系統的放大率成反比，與像素尺寸成正比率成反比，與像素尺寸成正比CCD成像系統的光學特性成像系統的光學特性n主要有主要有3個參數決定：焦距個參數決定：焦距f、相對孔徑、相對孔徑D/ f 和視場角和視場角2tanfy1、物鏡焦距、物鏡焦距Yy fxxf2、相對孔徑、相對孔徑/數值孔徑數值孔徑n 相對孔徑相對孔徑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

5、量像面照度，也影響成像質量1） 物鏡的分辨率物鏡的分辨率/mm)(22. 111線對fDNn對于小視場大孔徑或者大視場大孔徑光學系統，視對于小視場大孔徑或者大視場大孔徑光學系統，視場中心的像面照度公式為場中心的像面照度公式為2） 像面照度像面照度220nE =K LUnsinnK為系統的透過率，為系統的透過率，L為光亮度為光亮度n在攝影系統中，設物鏡位于空氣中在攝影系統中，設物鏡位于空氣中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軸外像點的照度與視場角有關，它與視場中軸外像點的照度與視場角有關，它與視場中心的像面照度的關系為心的像面照

6、度的關系為40EEcos 3、視場角、視場角2n物鏡的視場角決定了能在接受器上成良物鏡的視場角決定了能在接受器上成良好像的空間范圍，與物鏡的焦距有關好像的空間范圍，與物鏡的焦距有關n當當CCD器件的尺寸一定時，焦距越長，器件的尺寸一定時，焦距越長，視場角越小視場角越小tanfynCCD器件敏感區域的尺寸決定了攝像物器件敏感區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應用系統中，為了充分利用物鏡應用系統中，為了充分利用物鏡的分辨率，物鏡的光譜特性應與使用條的分辨率，物鏡的光譜特性應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應即要求物鏡的最高分辨率的光線波

7、長應與照明光源波長、與照明光源波長、CCD器件敏感波長相器件敏感波長相匹配，并使物鏡的對該波長光線的透過匹配，并使物鏡的對該波長光線的透過率盡可能提高率盡可能提高4、系統參數的標定方法、系統參數的標定方法n當系統的工作距確定后，為了從目標像所當系統的工作距確定后，為了從目標像所占有的像元數占有的像元數N來確定目標的實際尺寸，來確定目標的實際尺寸，需要對系統進行標定需要對系統進行標定n標定方法：標定方法：n 先將一個已知尺寸為先將一個已知尺寸為Yp的標準模板放在被測的標準模板放在被測目標位置，然后通過計數得到該模板的像所目標位置，然后通過計數得到該模板的像所占占CCD像元數的大小像元數的大小Npn可以得到系統的像素當量可以得到系統的像素當量M00ppMYN n由此可以計算出被測目標的尺寸由此可以計算出被測目標的尺寸0 x