基于衍射光学相位调制的远距离二维自准直技术

研究目的:研究一种融合衍射光学和图像亚像素边缘定位技术于一体的远距离高精度激光CCD二维自准直技术,解决当前小角度测量和瞄准领域中激光CCD二维自准直仪仅适用于近距离测量,测量精度难以进一步提高的实际问题,以期研制出测量距离远和测量精度高的激光CCD二维自准直仪。
基本原理:为改善激光光束的远场发散特性,本系统在准直物镜后方加入亚波长表面微浮雕结构衍射光学元件,充分利用光波的衍射特性调制入射激光光束的相位,以保证出射激光光束在远距离传播过程中光束保持平行,拓展激光CCD二维自准直仪的测量距离;同时对CCD图像传感器采集得到的圆孔目标图像采用图像亚像素边缘定位技术,在抑制图像噪声影响的同时利用图像矩的旋转不变性充分提取图像边缘细节信息,进而实现圆孔目标中心的抗噪声高精度亚像素定位,进一步提高激光CCD二维自准直仪的测量精度。

 

科学意义及应用价值:采用衍射光学元件充分利用光波的衍射特性改善了激光光束的远场发散特性,并采用图像亚像素边缘定位技术在抑制图像噪声的同时充分提取图像的边缘细节信息,显著提高了激光CCD二维自准直仪的测量距离和测量精度。在测量距离为20m时测量分辨力不低于0.01″,测量精度优于±0.05″,该技术可广泛应用于航空航天仪器的装调、高精度大行程导轨直线度检测和高精度转台的倾角回转误差测量等方面。
    该技术已申请中国发明专利。