哈工大《光電測量技術(shù)》ppt課件

1、Harbin Institute of TechnologyPAGE - 1 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 2 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 3 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 4 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 5 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of Technolo

2、gyPAGE - 6 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 7 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 8 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 9 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 10 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 11 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institu

3、te of TechnologyPAGE - 12 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)1 1、極限靈敏度決定作用距離、極限靈敏度決定作用距離2 2、視場決定測量、跟蹤和搜索范圍、視場決定測量、跟蹤和搜索范圍3 3、鑒別力和精度決定測量效果、鑒別力和精度決定測量效果Harbin Institute of TechnologyPAGE - 13 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 14 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)將信息加載到光載波上，并使光的參量（振幅、頻將信息加載到光載波上，并使光的參量（振幅、頻率、相位率、相位等）發(fā)生變化的過程稱為光變換

4、（調(diào)制）等）發(fā)生變化的過程稱為光變換（調(diào)制）Harbin Institute of TechnologyPAGE - 15 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 16 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 17 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 18 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 連續(xù)載波的調(diào)制連續(xù)載波的調(diào)制又稱為模擬調(diào)制。又稱為模擬調(diào)制。 Harbin Institute of TechnologyPAGE

5、 - 19 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 脈沖載波的調(diào)制，脈沖載波的調(diào)制，又有脈沖調(diào)制和又有脈沖調(diào)制和數(shù)字調(diào)制二類。數(shù)字調(diào)制二類。 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 20 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 數(shù)字調(diào)制是數(shù)字調(diào)制是把信息以某把信息以某一編碼的形一編碼的形式轉(zhuǎn)變成脈式轉(zhuǎn)變成脈沖序列。而沖序列。而這種載波脈這種載波脈沖在時(shí)間上沖在時(shí)間上的位置是固的位置是固定的，其幅定的，其幅度被量化了。度被量化了。 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 21 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)與模擬調(diào)制系數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)與模擬調(diào)制系統(tǒng)

6、相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是不受統(tǒng)相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是不受噪聲和失真的干擾，但為此噪聲和失真的干擾，但為此所付出的代價(jià)就是所付出的代價(jià)就是系統(tǒng)的帶系統(tǒng)的帶寬比相應(yīng)的模擬系統(tǒng)的帶寬寬比相應(yīng)的模擬系統(tǒng)的帶寬要大很多要大很多 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 22 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)調(diào)制器與解調(diào)器調(diào)制器與解調(diào)器 調(diào)制即可在輻射源中也可在光路系統(tǒng)調(diào)制即可在輻射源中也可在光路系統(tǒng)中進(jìn)行，能實(shí)現(xiàn)調(diào)制作用的裝置稱為調(diào)中進(jìn)行，能實(shí)現(xiàn)調(diào)制作用的裝置稱為調(diào)制器。制器。從已調(diào)制的信息中分離并提出有用信從已調(diào)制的信息中分離并提出有用信息（即恢復(fù)原始信息）的過程稱為解調(diào)。息（即恢復(fù)原

7、始信息）的過程稱為解調(diào)。能實(shí)現(xiàn)解調(diào)作用的裝置稱為解調(diào)器。能實(shí)現(xiàn)解調(diào)作用的裝置稱為解調(diào)器。Harbin Institute of TechnologyPAGE - 23 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)* 調(diào)制的目的是對所需處理的信號或被傳輸調(diào)制的目的是對所需處理的信號或被傳輸?shù)男畔⒆瞿撤N形式的變換，以便于的信息做某種形式的變換，以便于* 提高系統(tǒng)的探測能力和分辨力提高系統(tǒng)的探測能力和分辨力* 抑制背景光的干擾抑制背景光的干擾* 抑制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的固有噪聲和外部電磁場抑制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的固有噪聲和外部電磁場的干擾的干擾* 提高系統(tǒng)在信息的傳遞和測試過程中的穩(wěn)定性提高系統(tǒng)在信息的傳遞和測試過程中的穩(wěn)定

8、性 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 24 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 調(diào)制信息的一個(gè)重要特性是它的頻譜。調(diào)制信息的一個(gè)重要特性是它的頻譜。 利用利用有用信息頻譜和噪聲頻譜的差別有用信息頻譜和噪聲頻譜的差別，就，就可抑制噪聲提高信息檢測的質(zhì)量可抑制噪聲提高信息檢測的質(zhì)量 周期信號周期信號y(t)只要滿足一定條件，均可把只要滿足一定條件，均可把它展開成為付里葉級數(shù)形式它展開成為付里葉級數(shù)形式 102nnntnsinbtncosaa)t ( yHarbin Institute of TechnologyPAGE - 25 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 用于調(diào)制

9、的光載波通常具有諧波的形式，可用用于調(diào)制的光載波通常具有諧波的形式，可用函數(shù)表示為如下形式函數(shù)表示為如下形式 調(diào)制后的載波一般具有如下形式：調(diào)制后的載波一般具有如下形式： tsintm0 tXttXsintXtm0Harbin Institute of TechnologyPAGE - 26 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 27 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)（一）調(diào)制盤調(diào)制（一）調(diào)制盤調(diào)制 調(diào)制盤是一種光強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制盤是一種光強(qiáng)度調(diào)制器 通常調(diào)制盤被置于光學(xué)系統(tǒng)的像平面上，位于光電通常調(diào)制盤被置于光學(xué)系統(tǒng)的像平面上，位于光電探

10、測器之前探測器之前 光電探測器接收到的是光輻射被調(diào)制成周期性的強(qiáng)光電探測器接收到的是光輻射被調(diào)制成周期性的強(qiáng)度調(diào)制信號度調(diào)制信號 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 28 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)（一）調(diào)制盤調(diào)制（一）調(diào)制盤調(diào)制 調(diào)制盤調(diào)制源于軍用調(diào)制盤調(diào)制源于軍用“點(diǎn)點(diǎn)”源跟蹤與制導(dǎo)系統(tǒng)源跟蹤與制導(dǎo)系統(tǒng)功能：提供目標(biāo)功能：提供目標(biāo)的角坐標(biāo)信息的角坐標(biāo)信息功能：調(diào)整系統(tǒng)功能：調(diào)整系統(tǒng)飛行方向，實(shí)現(xiàn)飛行方向，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤對目標(biāo)的跟蹤Harbin Institute of TechnologyPAGE - 29 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)固定鏡光軸彈軸物

11、鏡+ -+-調(diào)制盤場鏡探測器調(diào)制盤電機(jī)基準(zhǔn)信號放大鑒別比相活動鏡光學(xué)位置電位計(jì)光學(xué)力矩馬達(dá)掃描信號目標(biāo)顯示截獲繼電器至視聽指示電路斷續(xù)連續(xù)與或重合制導(dǎo)繼電器陀螺力矩馬達(dá)陀螺 陀螺位置電位計(jì)舵面位置電位計(jì)M舵機(jī)加速度計(jì)舵面工作原理：搜索、跟蹤、制導(dǎo)工作原理：搜索、跟蹤、制導(dǎo)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 30 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)1、跟蹤范圍：、跟蹤范圍： 位標(biāo)器光軸相對于整個(gè)跟蹤系統(tǒng)縱軸的最大可能偏轉(zhuǎn)角域位標(biāo)器光軸相對于整個(gè)跟蹤系統(tǒng)縱軸的最大可能偏轉(zhuǎn)角域2、跟蹤角速度和角加速度、跟蹤角速度和角加速度 系統(tǒng)跟蹤機(jī)構(gòu)所能輸出的最大角速度和角加速度系統(tǒng)

12、跟蹤機(jī)構(gòu)所能輸出的最大角速度和角加速度3、跟蹤精度：、跟蹤精度： 在系統(tǒng)對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤過程中，位標(biāo)器光軸與目標(biāo)視線間的最大角誤差在系統(tǒng)對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤過程中，位標(biāo)器光軸與目標(biāo)視線間的最大角誤差4、盲區(qū)、盲區(qū)5、線性區(qū)、線性區(qū) 跟蹤系統(tǒng)的方位探測單元輸出與失調(diào)角成正比的誤差信號所對跟蹤系統(tǒng)的方位探測單元輸出與失調(diào)角成正比的誤差信號所對應(yīng)的誤差特性曲線的線性區(qū)域應(yīng)的誤差特性曲線的線性區(qū)域6、捕獲區(qū)、捕獲區(qū)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 31 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 調(diào)制盤的最基本作用是調(diào)制盤的最基本作用是把恒定的輻射通量變成把恒定的輻射通量變成周

13、期性重復(fù)的周期性重復(fù)的光輻射通量光輻射通量1、調(diào)制盤的主要作用是：、調(diào)制盤的主要作用是： 將靜止的目標(biāo)像調(diào)制成交流信號以抑制噪聲和光將靜止的目標(biāo)像調(diào)制成交流信號以抑制噪聲和光源波動的影響，提高系統(tǒng)的檢測能力；源波動的影響，提高系統(tǒng)的檢測能力； 可進(jìn)行空間濾波，抑制背景噪聲以突出目標(biāo)信號；可進(jìn)行空間濾波，抑制背景噪聲以突出目標(biāo)信號； 提供目標(biāo)的方位空間信息等提供目標(biāo)的方位空間信息等 。2、調(diào)制曲線、調(diào)制曲線Harbin Institute of TechnologyPAGE - 32 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)3、調(diào)制盤的分類、調(diào)制盤的分類 按目標(biāo)像點(diǎn)與調(diào)制盤之間相對運(yùn)動的方式不同，可將按目標(biāo)像

14、點(diǎn)與調(diào)制盤之間相對運(yùn)動的方式不同，可將調(diào)制盤的掃描方式分為：旋轉(zhuǎn)式、光點(diǎn)掃描式（即圓調(diào)制盤的掃描方式分為：旋轉(zhuǎn)式、光點(diǎn)掃描式（即圓錐掃描式）和圓周平移式三種。錐掃描式）和圓周平移式三種。 無論哪一種方式都將調(diào)制盤置于光學(xué)系統(tǒng)的像平面上無論哪一種方式都將調(diào)制盤置于光學(xué)系統(tǒng)的像平面上 a）光電掃描式調(diào)幅調(diào)制盤b）旋轉(zhuǎn)調(diào)頻調(diào)制盤c）調(diào)相式調(diào)制盤d）脈沖調(diào)寬調(diào)制盤 調(diào)制盤圖案舉例示意圖Harbin Institute of TechnologyPAGE - 33 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 旋轉(zhuǎn)和圓錐掃描式的調(diào)制盤中心與光學(xué)系統(tǒng)的主光軸旋轉(zhuǎn)和圓錐掃描式的調(diào)制盤中心與光學(xué)系統(tǒng)的主光軸重合，旋轉(zhuǎn)掃描式的調(diào)

15、制盤繞光軸轉(zhuǎn)動重合，旋轉(zhuǎn)掃描式的調(diào)制盤繞光軸轉(zhuǎn)動 圓錐掃描式的調(diào)制盤固定不動，而是利用光學(xué)系統(tǒng)的圓錐掃描式的調(diào)制盤固定不動，而是利用光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)像點(diǎn)相對于調(diào)制盤作圓周運(yùn)動目標(biāo)像點(diǎn)相對于調(diào)制盤作圓周運(yùn)動 在圓周平移式中，采用調(diào)制盤繞光軸作圓周平移的掃在圓周平移式中，采用調(diào)制盤繞光軸作圓周平移的掃描方式（章動式）描方式（章動式）關(guān)于不用調(diào)制盤的系統(tǒng)：關(guān)于不用調(diào)制盤的系統(tǒng)：利用像點(diǎn)掃描多元探測器陣列，并借助相應(yīng)的電路處理，利用像點(diǎn)掃描多元探測器陣列，并借助相應(yīng)的電路處理，也可獲取目標(biāo)像點(diǎn)的位置信息也可獲取目標(biāo)像點(diǎn)的位置信息Harbin Institute of TechnologyPAGE - 3

16、4 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) (1) 空間坐標(biāo)空間坐標(biāo) 為了描述調(diào)制盤在光電為了描述調(diào)制盤在光電系統(tǒng)中的作用，這里引系統(tǒng)中的作用，這里引入了空間濾波坐標(biāo)。入了空間濾波坐標(biāo)。（x ，y ）為被測目標(biāo)物面坐標(biāo)）為被測目標(biāo)物面坐標(biāo)（x，y）為像面坐標(biāo)）為像面坐標(biāo)（，）為調(diào)制盤坐標(biāo)。）為調(diào)制盤坐標(biāo)。這里需要指出的是：像面坐標(biāo)（這里需要指出的是：像面坐標(biāo)（x，y）和調(diào)制盤坐標(biāo)（）和調(diào)制盤坐標(biāo)（，）同在像）同在像平面上，當(dāng)調(diào)制盤與像點(diǎn)間相對靜平面上，當(dāng)調(diào)制盤與像點(diǎn)間相對靜止時(shí)，兩者重疊在一起；而當(dāng)調(diào)制止時(shí)，兩者重疊在一起；而當(dāng)調(diào)制盤相對像點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，可用調(diào)制盤坐盤相對像點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，可用調(diào)制盤坐標(biāo)（標(biāo)（，）相

17、對于像面坐標(biāo)（）相對于像面坐標(biāo)（x，y）的平移或轉(zhuǎn)動來描述，使問題的大的平移或轉(zhuǎn)動來描述，使問題的大為簡化為簡化 光學(xué)系統(tǒng)物平面像平面 空間濾波坐標(biāo)像平面坐標(biāo)調(diào)制盤坐標(biāo)xyoooyxHarbin Institute of TechnologyPAGE - 35 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) (2) 空間頻率和傅立葉變換空間頻率和傅立葉變換 最簡單的矩形輻條式調(diào)制盤為例最簡單的矩形輻條式調(diào)制盤為例 來說明空間頻率的概念來說明空間頻率的概念 調(diào)制盤圖案透光部分與不透光部分調(diào)制盤圖案透光部分與不透光部分的最小重復(fù)間隔稱為空間周期的最小重復(fù)間隔稱為空間周期P 空間頻率空間頻率F=1/P則表征單位空間線則

18、表征單位空間線度內(nèi)調(diào)制盤圖案的周期性變化次數(shù)度內(nèi)調(diào)制盤圖案的周期性變化次數(shù) 空間周期性與時(shí)間周期性的函數(shù)相空間周期性與時(shí)間周期性的函數(shù)相類比，就不難列出空間周期性函數(shù)類比，就不難列出空間周期性函數(shù)的相應(yīng)概念，若空間周期為的相應(yīng)概念，若空間周期為P，則，則空間頻率空間頻率 ，空間圓頻率，空間圓頻率物平面物鏡調(diào)制器Tx(x)xR(x) 矩形幅條式調(diào)制盤a)b)c)a)輻條式調(diào)制原理圖 b)輻條圖案展開圖c)輻條式調(diào)制方波圖PF1F2Harbin Institute of TechnologyPAGE - 36 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 空間頻率不只是一個(gè)標(biāo)量，空間頻率不只是一個(gè)標(biāo)量，而應(yīng)為一個(gè)矢

19、量而應(yīng)為一個(gè)矢量 二維空間周期性函數(shù)具有兩二維空間周期性函數(shù)具有兩個(gè)空間頻率，而三維空間周個(gè)空間頻率，而三維空間周期性函數(shù)有三個(gè)空間頻率期性函數(shù)有三個(gè)空間頻率 xydxdyP二維空間周期性函數(shù)具有兩個(gè)空間頻率Harbin Institute of TechnologyPAGE - 37 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 若空間函數(shù)沿著若空間函數(shù)沿著x、y、z方方向的空間周期為向的空間周期為Px、Py、Pz，則該空間函數(shù)沿則該空間函數(shù)沿x、y、z方方向的空間圓頻率為向的空間圓頻率為 相鄰曲面（二維情況時(shí)為條相鄰曲面（二維情況時(shí)為條紋）的最小間隔為空間周期紋）的最小間隔為空間周期xyzPzPyPx三維空

20、間函數(shù)的空間頻率xxP2yyP2zzP2， 2222zyxP建立了空間頻率的概念后，對于一個(gè)空間函數(shù)也完全可以和時(shí)間函數(shù)一樣有傅立葉變換求其空間頻譜Harbin Institute of TechnologyPAGE - 38 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 在像函數(shù)已知的情況下在像函數(shù)已知的情況下 ,調(diào)制盤的透過情況可以用透調(diào)制盤的透過情況可以用透過率函數(shù)過率函數(shù) 或或 來描述。該函數(shù)在某一點(diǎn)來描述。該函數(shù)在某一點(diǎn) 的值表示調(diào)制盤在該點(diǎn)上對光輻射透過率的大小的值表示調(diào)制盤在該點(diǎn)上對光輻射透過率的大小 透過率函數(shù)也稱為孔徑函數(shù)。透過率函數(shù)也稱為孔徑函數(shù)。 目標(biāo)和背景經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所成的像通過調(diào)制盤得

21、到輻目標(biāo)和背景經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所成的像通過調(diào)制盤得到輻射通量被稱為光通量函數(shù)射通量被稱為光通量函數(shù) g,Harbin Institute of TechnologyPAGE - 39 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 在跟蹤及制導(dǎo)系統(tǒng)中，調(diào)制盤主要用來測量目標(biāo)方位，在跟蹤及制導(dǎo)系統(tǒng)中，調(diào)制盤主要用來測量目標(biāo)方位，即把目標(biāo)方位轉(zhuǎn)換成可用信號，從而給出誤差信號驅(qū)動即把目標(biāo)方位轉(zhuǎn)換成可用信號，從而給出誤差信號驅(qū)動跟蹤機(jī)構(gòu)來跟蹤目標(biāo)；跟蹤機(jī)構(gòu)來跟蹤目標(biāo)； 光學(xué)系統(tǒng)目標(biāo)和像點(diǎn)的關(guān)系xyooyxzo目標(biāo)平面（物平面）焦平面MMfqqHarbin Institute of TechnologyPAGE - 40 -光

22、電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 若光學(xué)系統(tǒng)的焦距為若光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，則有，則有 為為xoy平面內(nèi)的像點(diǎn)平面內(nèi)的像點(diǎn)M至至o點(diǎn)的距離，稱為像點(diǎn)偏離量；點(diǎn)的距離，稱為像點(diǎn)偏離量；為像點(diǎn)方位角；為像點(diǎn)方位角；q為失調(diào)角，它反映了目標(biāo)偏離光為失調(diào)角，它反映了目標(biāo)偏離光學(xué)系統(tǒng)光軸的大小學(xué)系統(tǒng)光軸的大小qtanfHarbin Institute of TechnologyPAGE - 41 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 分析調(diào)制信號與像點(diǎn)偏離量的關(guān)系分析調(diào)制信號與像點(diǎn)偏離量的關(guān)系 像點(diǎn)上一部分輻射功率像點(diǎn)上一部分輻射功率P1能透過調(diào)制盤，其面積為能透過調(diào)制盤，其面積為S1，像點(diǎn)上余下部分的輻射功率像點(diǎn)上余下部分

23、的輻射功率P2不能透過調(diào)制盤，面積不能透過調(diào)制盤，面積為為S2 ABABS2SS1a )b ) 像點(diǎn)相對調(diào)制盤格子及調(diào)制波形圖a ) 像點(diǎn)相對調(diào)制盤的位置b ) 調(diào)制波形圖Harbin Institute of TechnologyPAGE - 42 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 當(dāng)調(diào)制盤轉(zhuǎn)過一個(gè)扇形角度后，當(dāng)調(diào)制盤轉(zhuǎn)過一個(gè)扇形角度后，P1成為不能透成為不能透過調(diào)制盤的輻射功率，過調(diào)制盤的輻射功率，P2成為能透過調(diào)制盤的成為能透過調(diào)制盤的輻射功率輻射功率 如果調(diào)制盤勻速轉(zhuǎn)動，則在日出式調(diào)制盤的上半圓調(diào)如果調(diào)制盤勻速轉(zhuǎn)動，則在日出式調(diào)制盤的上半圓調(diào)制區(qū)內(nèi)，透過調(diào)制盤的輻射功率就在制區(qū)內(nèi)，透過調(diào)制盤

24、的輻射功率就在P1和和P2之間周期之間周期性地變化；在下半圓半透區(qū)內(nèi)，透過調(diào)制盤的功率為性地變化；在下半圓半透區(qū)內(nèi)，透過調(diào)制盤的功率為像點(diǎn)總功率（像點(diǎn)總功率（P）的一半。此時(shí)調(diào)制信號的幅值應(yīng)）的一半。此時(shí)調(diào)制信號的幅值應(yīng)為為 ，它與，它與 成正比成正比 21PP 21SS Harbin Institute of TechnologyPAGE - 43 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 調(diào)制深度調(diào)制深度m的概念，它的定義是的概念，它的定義是 調(diào)制深度調(diào)制深度m表征目標(biāo)像點(diǎn)輻射功率中被調(diào)制部表征目標(biāo)像點(diǎn)輻射功率中被調(diào)制部分所占的比重分所占的比重 m越大，調(diào)制信號的輻值越大。它是目標(biāo)像點(diǎn)越大，調(diào)制信號的輻

25、值越大。它是目標(biāo)像點(diǎn)（彌散斑）大小與調(diào)制盤格子尺寸的函數(shù)（彌散斑）大小與調(diào)制盤格子尺寸的函數(shù) 假定目標(biāo)像點(diǎn)的面積不變，則隨著像點(diǎn)偏離量假定目標(biāo)像點(diǎn)的面積不變，則隨著像點(diǎn)偏離量增大，即像點(diǎn)由增大，即像點(diǎn)由A位移到位移到B，則，則S1增大增大S2減小，減小，調(diào)制深度調(diào)制深度m將逐漸增大，即調(diào)制信號的幅值逐將逐漸增大，即調(diào)制信號的幅值逐漸增大漸增大 SSSPPPm2121Harbin Institute of TechnologyPAGE - 44 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 這種調(diào)制盤在像點(diǎn)面積一定時(shí)，所得調(diào)幅信號這種調(diào)制盤在像點(diǎn)面積一定時(shí)，所得調(diào)幅信號的調(diào)制深度的調(diào)制深度m是目標(biāo)像點(diǎn)在調(diào)制盤上的

26、偏離量是目標(biāo)像點(diǎn)在調(diào)制盤上的偏離量的函數(shù)，即的函數(shù)，即m=f（） 可以用調(diào)制信號的幅度來表示像點(diǎn)偏離量的大可以用調(diào)制信號的幅度來表示像點(diǎn)偏離量的大小。若像點(diǎn)的面積小。若像點(diǎn)的面積S為變值，則調(diào)制深度為變值，則調(diào)制深度m將隨將隨著著及及S兩個(gè)參數(shù)變化，即兩個(gè)參數(shù)變化，即S,fmHarbin Institute of TechnologyPAGE - 45 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 利用目標(biāo)和背景相對于系統(tǒng)的張角不同，即利利用目標(biāo)和背景相對于系統(tǒng)的張角不同，即利用目標(biāo)和背景空間分布的差異，調(diào)制盤可以抑用目標(biāo)和背景空間分布的差異，調(diào)制盤可以抑制背景以突出目標(biāo)，從而把目標(biāo)從背景中分離制背景以突出目標(biāo)

27、，從而把目標(biāo)從背景中分離出來出來 調(diào)制盤這種濾去背景干擾的作用稱為調(diào)制盤這種濾去背景干擾的作用稱為空間濾波空間濾波 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 46 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 以“日出”形式調(diào)制盤為例來說明調(diào)制盤的空間濾波原理 上半?yún)^(qū)為目標(biāo)調(diào)制區(qū)，由透過輻射與不透過輻射的輻射狀扇形條交替而成；而下半?yún)^(qū)為半透區(qū)，其透過率將調(diào)制盤置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上在調(diào)制盤后面配置場鏡，把輻射會聚到探測器上 M OOF(t)tFF1F/2F20T像點(diǎn)a）初升太陽調(diào)制盤圖案 b）目標(biāo)信號調(diào)制圖 c）背景信號調(diào)制波形背景信號t扇形條紋 日出式調(diào)制盤及波形21Harbi

28、n Institute of TechnologyPAGE - 47 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)OHarbin Institute of TechnologyPAGE - 48 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) M OOF(t)tFF1F/2F20T像點(diǎn)a）初升太陽調(diào)制盤圖案 b）目標(biāo)信號調(diào)制圖 c）背景信號調(diào)制波形背景信號t扇形條紋 日出式調(diào)制盤及波形Harbin Institute of TechnologyPAGE - 49 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 小張角目標(biāo)所成的像點(diǎn)可近似用小張角目標(biāo)所成的像點(diǎn)可近似用函數(shù)來描述其函數(shù)來描述其空間頻譜，因此其頻譜很寬，此時(shí)光通量函數(shù)空間頻譜，因此其頻譜很

29、寬，此時(shí)光通量函數(shù)的頻譜近似為調(diào)制盤透過率函數(shù)的頻譜的頻譜近似為調(diào)制盤透過率函數(shù)的頻譜 大張角背景經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，在調(diào)制盤上成一個(gè)大張角背景經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，在調(diào)制盤上成一個(gè)很大的像，會充滿整個(gè)或大部分調(diào)制盤，調(diào)制很大的像，會充滿整個(gè)或大部分調(diào)制盤，調(diào)制盤轉(zhuǎn)動后，輸出的幅值不隨時(shí)間變化或只有很盤轉(zhuǎn)動后，輸出的幅值不隨時(shí)間變化或只有很小的不變化，基本上是一個(gè)直流信號，其上只小的不變化，基本上是一個(gè)直流信號，其上只有很小的紋波有很小的紋波 從頻域上看，大背景像的頻譜為直流和低頻分從頻域上看，大背景像的頻譜為直流和低頻分量量 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 50

30、-光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) M OOF(t)tFF1F/2F20T像點(diǎn)a）初升太陽調(diào)制盤圖案 b）目標(biāo)信號調(diào)制圖 c）背景信號調(diào)制波形背景信號t扇形條紋 日出式調(diào)制盤及波形Harbin Institute of TechnologyPAGE - 51 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 當(dāng)小目標(biāo)與大背景同時(shí)成像在調(diào)制盤上時(shí)，探當(dāng)小目標(biāo)與大背景同時(shí)成像在調(diào)制盤上時(shí)，探測器就會同時(shí)輸出上述兩種信號，選擇中心頻測器就會同時(shí)輸出上述兩種信號，選擇中心頻率和頻帶寬度適當(dāng)?shù)碾娮訛V波器，就可以提取率和頻帶寬度適當(dāng)?shù)碾娮訛V波器，就可以提取目標(biāo)輻射信號而抑制背景輻射信號。目標(biāo)輻射信號而抑制背景輻射信號。 調(diào)制盤這種調(diào)制

31、盤這種利用目標(biāo)和背景的空間頻譜分布不利用目標(biāo)和背景的空間頻譜分布不同而濾除背景干擾的作用稱為空間濾波同而濾除背景干擾的作用稱為空間濾波，而，而調(diào)調(diào)制盤就被稱為空間濾波器。制盤就被稱為空間濾波器。Harbin Institute of TechnologyPAGE - 52 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 日出式調(diào)制盤，如果有一條背景邊緣正好與輻條平行，日出式調(diào)制盤，如果有一條背景邊緣正好與輻條平行，調(diào)制盤轉(zhuǎn)動后，透明與不透明輻條一次斬割云邊，就調(diào)制盤轉(zhuǎn)動后，透明與不透明輻條一次斬割云邊，就會出現(xiàn)很大的背景調(diào)制信號，對測量十分不利會出現(xiàn)很大的背景調(diào)制信號，對測量十分不利 產(chǎn)生這種背景調(diào)制的原因是由于

32、輻條式調(diào)制盤只在垂產(chǎn)生這種背景調(diào)制的原因是由于輻條式調(diào)制盤只在垂直于輻條方向上有空間濾波作用，而在平行于輻條方直于輻條方向上有空間濾波作用，而在平行于輻條方向上卻沒有向上卻沒有 為了克服這個(gè)缺陷，必須是平行于輻條方向上也有空為了克服這個(gè)缺陷，必須是平行于輻條方向上也有空間濾波作用。把輻條作徑向分割成為如圖所示的棋盤間濾波作用。把輻條作徑向分割成為如圖所示的棋盤式調(diào)制盤式調(diào)制盤 很顯然，這種調(diào)制盤會大大減少對邊緣平行于輻條的很顯然，這種調(diào)制盤會大大減少對邊緣平行于輻條的背景的調(diào)制作用，從而進(jìn)一步提高抗背景干擾的能力背景的調(diào)制作用，從而進(jìn)一步提高抗背景干擾的能力Harbin Institute o

33、f TechnologyPAGE - 53 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 棋盤格式調(diào)幅調(diào)制盤Harbin Institute of TechnologyPAGE - 54 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)圓錐掃描調(diào)幅調(diào)制盤圓錐掃描調(diào)幅調(diào)制盤（光點(diǎn)掃描式）（光點(diǎn)掃描式）Harbin Institute of TechnologyPAGE - 55 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 56 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 57 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)圓錐掃描調(diào)幅調(diào)制盤圓錐

34、掃描調(diào)幅調(diào)制盤（光點(diǎn)掃描式）（光點(diǎn)掃描式）Harbin Institute of TechnologyPAGE - 58 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)尖角圖案產(chǎn)生調(diào)制曲線的上升段尖角圖案產(chǎn)生調(diào)制曲線的上升段1）調(diào)制深度）調(diào)制深度此結(jié)論來源三個(gè)因素：此結(jié)論來源三個(gè)因素：假設(shè)像點(diǎn)大小不假設(shè)像點(diǎn)大小不變且輻照度均勻變且輻照度均勻Harbin Institute of TechnologyPAGE - 59 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)2）載波波形）載波波形H3/4H2/4H1/4H只考慮波形的影響只考慮波形的影響假設(shè)像點(diǎn)在外圈尖角形內(nèi)處處與兩腰內(nèi)切，且像點(diǎn)的能量處處相同假設(shè)像點(diǎn)在外圈尖角形內(nèi)處處與兩腰內(nèi)

35、切，且像點(diǎn)的能量處處相同這種差異表明基波分量的幅值不同，濾波后載波的幅值也不同這種差異表明基波分量的幅值不同，濾波后載波的幅值也不同Harbin Institute of TechnologyPAGE - 60 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)3）載波頻率）載波頻率當(dāng)目標(biāo)像點(diǎn)在調(diào)制盤外圈尖角內(nèi)移動時(shí)，包絡(luò)的幅值隨當(dāng)目標(biāo)像點(diǎn)在調(diào)制盤外圈尖角內(nèi)移動時(shí)，包絡(luò)的幅值隨失調(diào)角增大而上升，故失調(diào)角增大而上升，故尖角形區(qū)對應(yīng)著有用調(diào)制信號曲尖角形區(qū)對應(yīng)著有用調(diào)制信號曲線的上升段線的上升段Harbin Institute of TechnologyPAGE - 61 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)若調(diào)制盤接收的目標(biāo)輻射

36、通量為若調(diào)制盤接收的目標(biāo)輻射通量為經(jīng)調(diào)制后被有效利用的輻射通量為經(jīng)調(diào)制后被有效利用的輻射通量為e ee表明調(diào)制盤對目標(biāo)像點(diǎn)能量的利用率表明調(diào)制盤對目標(biāo)像點(diǎn)能量的利用率較低的能量利用率是調(diào)幅式調(diào)制盤的一大缺點(diǎn)較低的能量利用率是調(diào)幅式調(diào)制盤的一大缺點(diǎn)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 62 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)從調(diào)制曲線來說，二者卻有明顯差異從調(diào)制曲線來說，二者卻有明顯差異棋格盤式調(diào)制盤棋格盤式調(diào)制盤調(diào)制曲線調(diào)制曲線u圓錐掃描調(diào)幅式調(diào)制盤圓錐掃描調(diào)幅式調(diào)制盤調(diào)制曲線調(diào)制曲線Harbin Institute of TechnologyPAGE - 63 -

37、光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)與棋格盤式調(diào)制盤相比，其優(yōu)點(diǎn)與棋格盤式調(diào)制盤相比，其優(yōu)點(diǎn)1）調(diào)制曲線無）調(diào)制曲線無“盲區(qū)盲區(qū)”，且曲線上升段斜率大，且曲線上升段斜率大2）線性區(qū)窄，可使跟蹤系統(tǒng)有更高的靈敏度）線性區(qū)窄，可使跟蹤系統(tǒng)有更高的靈敏度3）能用于高精度制導(dǎo)）能用于高精度制導(dǎo) 成功地克服成功地克服“中心零中心零”缺點(diǎn)是其一大特色缺點(diǎn)是其一大特色4）其實(shí)際工作視場比由調(diào)制盤直徑所決定的視場擴(kuò)大）其實(shí)際工作視場比由調(diào)制盤直徑所決定的視場擴(kuò)大近一倍近一倍其缺點(diǎn)：空間濾波能力不如其缺點(diǎn)：空間濾波能力不如“日升日升”式式 目標(biāo)偏離視場中心時(shí)，載波頻率變化較大，信目標(biāo)偏離視場中心時(shí)，載波頻率變化較大，信號頻

38、譜變寬，增加了電路設(shè)計(jì)難度號頻譜變寬，增加了電路設(shè)計(jì)難度Harbin Institute of TechnologyPAGE - 64 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 65 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 66 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 67 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 68 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)采用調(diào)頻調(diào)制盤

39、的系統(tǒng)1 1、旋轉(zhuǎn)調(diào)頻式調(diào)制盤、旋轉(zhuǎn)調(diào)頻式調(diào)制盤P1P2Harbin Institute of TechnologyPAGE - 69 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)簡單的旋轉(zhuǎn)調(diào)頻式調(diào)制盤簡單的旋轉(zhuǎn)調(diào)頻式調(diào)制盤ABHarbin Institute of TechnologyPAGE - 70 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)AB2 2、圓錐掃描調(diào)頻調(diào)制盤、圓錐掃描調(diào)頻調(diào)制盤Harbin Institute of TechnologyPAGE - 71 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)3 3、章動調(diào)制盤、章動調(diào)制盤Harbin Institute of TechnologyPAGE - 72 -光電測量技術(shù)光電

40、測量技術(shù)ABCDM調(diào)制盤調(diào)制盤視場視場調(diào)制盤軌跡調(diào)制盤軌跡孔孔Harbin Institute of TechnologyPAGE - 73 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)M點(diǎn)軌跡點(diǎn)軌跡調(diào)制盤調(diào)制盤視場視場M1MM2M3A孔孔Harbin Institute of TechnologyPAGE - 74 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)調(diào)制盤調(diào)制盤M點(diǎn)軌跡點(diǎn)軌跡視場視場MM1M2M3MAHarbin Institute of TechnologyPAGE - 75 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)MMMHarbin Institute of TechnologyPAGE - 76 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)R

41、2R1OcOn兩種不同掃描方式的探測器面積兩種不同掃描方式的探測器面積Harbin Institute of TechnologyPAGE - 77 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)3、脈沖調(diào)寬調(diào)制盤Harbin Institute of TechnologyPAGE - 78 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)4、調(diào)相式調(diào)制盤、調(diào)相式調(diào)制盤Harbin Institute of TechnologyPAGE - 79 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 80 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of Technolog

42、yPAGE - 81 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)1）光通量幅度調(diào)制光通量幅度調(diào)制 若照射到光柵上的光通量若照射到光柵上的光通量為為，那么隨著光柵的移，那么隨著光柵的移動，莫爾條紋的光通量變動，莫爾條紋的光通量變化化可表示為可表示為pxcosm20Harbin Institute of TechnologyPAGE - 82 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 83 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 若光柵位移若光柵位移x等于光柵柵距等于光柵柵距P時(shí)，則時(shí)，則變化一變化一個(gè)周期個(gè)周期 通過光柵的調(diào)制作用，就把位移量通過光柵的調(diào)制作用，就把

43、位移量x變換為光通變換為光通量的變化，實(shí)現(xiàn)光通量的幅度調(diào)制量的變化，實(shí)現(xiàn)光通量的幅度調(diào)制 若測得光通量變化若測得光通量變化N個(gè)周期，則被測尺寸個(gè)周期，則被測尺寸x為為 若細(xì)分倍數(shù)為若細(xì)分倍數(shù)為m，用莫爾條紋計(jì)數(shù)裝置計(jì)算細(xì)，用莫爾條紋計(jì)數(shù)裝置計(jì)算細(xì)分后的脈沖數(shù)為分后的脈沖數(shù)為M，那么測量結(jié)果，那么測量結(jié)果x為 NPx mMPx Harbin Institute of TechnologyPAGE - 84 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)光源透鏡標(biāo)尺光柵硅光電池指示光柵簡單光柵讀數(shù)頭Harbin Institute of TechnologyPAGE - 85 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)2）頻率調(diào)制）

44、頻率調(diào)制 用衍射光柵可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。用衍射光柵可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。因?yàn)檠苌涔鈻艝啪嗪苄?，光照因?yàn)檠苌涔鈻艝啪嗪苄?，光照到衍射光柵上，就像照射到許到衍射光柵上，就像照射到許多均勻刻劃的狹縫上一樣，從多均勻刻劃的狹縫上一樣，從而產(chǎn)生衍射而產(chǎn)生衍射 若光照射光柵刻線處的線速度若光照射光柵刻線處的線速度為為V，光柵刻劃間距為，光柵刻劃間距為P，那么，那么1級衍射光發(fā)生的頻移級衍射光發(fā)生的頻移 f 為為激光器電機(jī)光柵盤聚光鏡0-1+1 光柵進(jìn)行頻率調(diào)制的原理圖PVf Harbin Institute of TechnologyPAGE - 86 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 若用光電器件接受若用光電器件接

45、受 +1級衍射光，則光頻級衍射光，則光頻被調(diào)被調(diào)制為制為v+f ，即實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。這種頻率調(diào)制的，即實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。這種頻率調(diào)制的穩(wěn)定性與光柵轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性有關(guān)，調(diào)制頻率可穩(wěn)定性與光柵轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性有關(guān)，調(diào)制頻率可達(dá)達(dá)20MHz Harbin Institute of TechnologyPAGE - 87 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 88 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 調(diào)制不是光電檢測的目的，它只是實(shí)現(xiàn)光電檢調(diào)制不是光電檢測的目的，它只是實(shí)現(xiàn)光電檢測和提高光電檢測能力的一種手段測和提高光電檢測能力的一種手段 將被測信息從調(diào)制信號

46、中分離出來的過程稱為將被測信息從調(diào)制信號中分離出來的過程稱為解調(diào)解調(diào) Harbin Institute of TechnologyPAGE - 89 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 由于調(diào)制是一個(gè)非線性過程，因此解調(diào)必須用由于調(diào)制是一個(gè)非線性過程，因此解調(diào)必須用非線性元件，如二極管和晶體管等非線性元件，如二極管和晶體管等 常用的解調(diào)方法有光學(xué)法和電子法常用的解調(diào)方法有光學(xué)法和電子法 電子法常用二極管檢波電路、晶體管峰值檢波電子法常用二極管檢波電路、晶體管峰值檢波電路和相敏檢波電路等電路和相敏檢波電路等 光學(xué)法有相干光的干涉場解調(diào)和光電檢測器件光學(xué)法有相干光的干涉場解調(diào)和光電檢測器件解調(diào)解調(diào) Har

47、bin Institute of TechnologyPAGE - 90 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光束掃描技術(shù)又稱為光束掃描變換光束掃描技術(shù)又稱為光束掃描變換 它可以用機(jī)械、壓電、電子、光學(xué)、和光電子它可以用機(jī)械、壓電、電子、光學(xué)、和光電子學(xué)等方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)等方法來實(shí)現(xiàn) 根據(jù)使用目的的不同可以分為連續(xù)變化的模擬根據(jù)使用目的的不同可以分為連續(xù)變化的模擬式掃描和不連續(xù)的數(shù)字掃描式掃描和不連續(xù)的數(shù)字掃描 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 91 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 1. 掃描系統(tǒng)分類掃描系統(tǒng)分類Harbin Institute of Technolog

48、yPAGE - 92 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)a) 直線掃描b) 光柵掃描c) 圓周掃描d) 圓周掃描e) 隨機(jī)掃描f) 螺旋掃描g) 螺旋掃描 幾種掃描軌跡示意圖Harbin Institute of TechnologyPAGE - 93 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 2. 掃描工作參數(shù)掃描工作參數(shù)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 94 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)掃描分辨力是指掃描系統(tǒng)分辨圖像細(xì)節(jié)信息的能力 用單位長度內(nèi)可能分辨的最高黑白線對數(shù)來表示用單位長度內(nèi)可能分辨的最高黑白線對數(shù)來表示 它主要由掃描線的孔徑光闌和信道通頻帶所決定它主要由掃描線的

49、孔徑光闌和信道通頻帶所決定掃描精度是指時(shí)序電信號和空間光強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系或者時(shí)序電信號和時(shí)空位置的對應(yīng)關(guān)系不失真程度 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 95 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 3. 掃描方法掃描方法 （1）機(jī)械掃描）機(jī)械掃描 機(jī)械掃描技術(shù)是目前最成機(jī)械掃描技術(shù)是目前最成熟的一種掃描方法。熟的一種掃描方法。 如果只改變光束的方向，如果只改變光束的方向，便可采用機(jī)械掃描方法。便可采用機(jī)械掃描方法。 機(jī)械掃描技術(shù)是利用反射機(jī)械掃描技術(shù)是利用反射鏡或棱鏡等光學(xué)元件的旋鏡或棱鏡等光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)或振動實(shí)現(xiàn)光束掃描轉(zhuǎn)或振動實(shí)現(xiàn)光束掃描 機(jī)械掃描裝置示意圖入射光束

50、掃描光束反射鏡Harbin Institute of TechnologyPAGE - 96 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 缺點(diǎn)：機(jī)械掃描方法雖然比較原始，掃描速度慢缺點(diǎn)：機(jī)械掃描方法雖然比較原始，掃描速度慢 優(yōu)點(diǎn)：掃描角度比較大且受溫度影響小，光能的損耗優(yōu)點(diǎn)：掃描角度比較大且受溫度影響小，光能的損耗小，適用于各種光波的掃描小，適用于各種光波的掃描 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 97 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)主 掃 描原 圖光 電檢 測 器副 掃 描照 明 燈副 掃 描主 掃 描原 圖線 陣 光 電檢 測 器成 像 物 鏡輸 出 轉(zhuǎn) 筒 式 和 平

51、板 式 機(jī) 械 掃 描 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 a） 轉(zhuǎn) 筒 式 b)平 板 式 a)b)Harbin Institute of TechnologyPAGE - 98 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 它是利用多面反射它是利用多面反射棱體（也稱為多面棱體（也稱為多面轉(zhuǎn)鏡）對激光束進(jìn)轉(zhuǎn)鏡）對激光束進(jìn)行快速反射來達(dá)到行快速反射來達(dá)到掃描目的掃描目的 其特點(diǎn)是掃描速度其特點(diǎn)是掃描速度快、掃描角度寬、快、掃描角度寬、掃描精度高，可獲掃描精度高，可獲得高的分辨力，但得高的分辨力，但是它存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、是它存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)成本高等缺點(diǎn) 電機(jī) 機(jī)械轉(zhuǎn)鏡法掃描裝置示意圖激光器廣角聚焦鏡掃描鏡光電檢測器發(fā)送圖像

52、Harbin Institute of TechnologyPAGE - 99 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) （2）電光掃描）電光掃描 電光掃描是利用電光效應(yīng)來改變掃描光束在空間的傳播方向電光掃描是利用電光效應(yīng)來改變掃描光束在空間的傳播方向 光束沿光束沿y方向入射到長度為方向入射到長度為L、厚度為、厚度為d的電光晶體上。電光晶的電光晶體上。電光晶體的折射率體的折射率n是坐標(biāo)是坐標(biāo)x 的線性函數(shù)，即的線性函數(shù)，即 式中式中n0是是x = 0（晶體下面）的折射率，是在厚度（晶體下面）的折射率，是在厚度d上折射率的上折射率的變化量變化量 電光掃描原理圖BdxALyB光束的偏轉(zhuǎn)方向A入射光波出射光波 x

53、dnnxn0Harbin Institute of TechnologyPAGE - 100 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 在在 （晶體上面）的折射率則是（晶體上面）的折射率則是 當(dāng)入射光束的平面波經(jīng)過晶體時(shí)，光束平面波的上部（當(dāng)入射光束的平面波經(jīng)過晶體時(shí)，光束平面波的上部（A光線）光線）和下部（和下部（B光線）在經(jīng)過電光晶體時(shí)的折射率不同，通過電光光線）在經(jīng)過電光晶體時(shí)的折射率不同，通過電光晶體所需的時(shí)間就不同，分別為晶體所需的時(shí)間就不同，分別為 電光掃描原理圖BdxALyB光束的偏轉(zhuǎn)方向A入射光波出射光波dx nnnncLTAncLTBHarbin Institute of Technolo

54、gyPAGE - 101 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 由于光線在經(jīng)過電光晶體的時(shí)間不同而導(dǎo)致由于光線在經(jīng)過電光晶體的時(shí)間不同而導(dǎo)致A光線相光線相對于對于B光線要滯后一段距離光線要滯后一段距離 這就意味著光波到達(dá)晶體出射面時(shí)，其光波的波陣面這就意味著光波到達(dá)晶體出射面時(shí)，其光波的波陣面相對于傳播軸線偏轉(zhuǎn)了一個(gè)微小角度，其偏轉(zhuǎn)角為相對于傳播軸線偏轉(zhuǎn)了一個(gè)微小角度，其偏轉(zhuǎn)角為 式中的負(fù)號是由坐標(biāo)系引起的，即式中的負(fù)號是由坐標(biāo)系引起的，即由由y轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向x為負(fù)為負(fù) BATTncydxdnnLndnLdydxdnLdnLnHarbin Institute of TechnologyPAGE - 102 -

55、光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 只要電光晶體在電場的作用下，沿某些方向的只要電光晶體在電場的作用下，沿某些方向的折射率會發(fā)生變化，那么當(dāng)光束沿特定方向入折射率會發(fā)生變化，那么當(dāng)光束沿特定方向入射時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)光束掃描。光束偏轉(zhuǎn)角的大小射時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)光束掃描。光束偏轉(zhuǎn)角的大小與電光晶體折射率的線性變化率成正比與電光晶體折射率的線性變化率成正比 Harbin Institute of TechnologyPAGE - 103 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 下圖是根據(jù)上述原理構(gòu)成的雙電光晶體（下圖是根據(jù)上述原理構(gòu)成的雙電光晶體（KDP）楔形）楔形棱鏡掃描裝置棱鏡掃描裝置 兩塊電光晶體的兩塊電光晶體的z軸方向相

56、反，其它兩個(gè)軸的方向相同軸方向相反，其它兩個(gè)軸的方向相同 入射光Exzy 雙 KDP 楔形棱鏡掃描器 電場沿電場沿z軸方向；光軸方向；光線沿線沿y方向傳播且沿方向傳播且沿x方向偏振方向偏振 因電場相對于因電場相對于z軸反軸反向，于是在上、下向，于是在上、下棱鏡中的折射率就棱鏡中的折射率就產(chǎn)生了不同現(xiàn)象，產(chǎn)生了不同現(xiàn)象，使光線發(fā)生偏轉(zhuǎn)使光線發(fā)生偏轉(zhuǎn) Harbin Institute of TechnologyPAGE - 104 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 由于上圖方式的電光偏轉(zhuǎn)角非常小，很難達(dá)到實(shí)用的要求由于上圖方式的電光偏轉(zhuǎn)角非常小，很難達(dá)到實(shí)用的要求 為了使電光偏轉(zhuǎn)角加大，而電壓又不致太高

57、，常將若干個(gè)為了使電光偏轉(zhuǎn)角加大，而電壓又不致太高，常將若干個(gè)KDP棱鏡在光路中串聯(lián)起來，構(gòu)成長度為棱鏡在光路中串聯(lián)起來，構(gòu)成長度為mL、寬為、寬為l、高為、高為d的偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)裝置裝置n-n h 多級棱鏡掃描器n-nn+nn+nxyHarbin Institute of TechnologyPAGE - 105 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) （3）電子束掃描）電子束掃描 在電真空器件中，電子束在交變電場或磁場作在電真空器件中，電子束在交變電場或磁場作用下會改變它的運(yùn)動軌跡，從而實(shí)現(xiàn)掃描用下會改變它的運(yùn)動軌跡，從而實(shí)現(xiàn)掃描 光點(diǎn)聚光鏡輸出光電檢測器底片（被測對象） 飛點(diǎn)掃描裝置示意圖Harbin

58、Institute of TechnologyPAGE - 106 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 電子束掃描的另一種掃描方式是把所要輸入的圖像分解成許電子束掃描的另一種掃描方式是把所要輸入的圖像分解成許多像點(diǎn)的組合多像點(diǎn)的組合 按每個(gè)點(diǎn)排列的信息由電子開關(guān)或機(jī)械開關(guān)依次取出，然后按每個(gè)點(diǎn)排列的信息由電子開關(guān)或機(jī)械開關(guān)依次取出，然后被放大并傳送到圖像顯示器上，于是在成像平面上出現(xiàn)一個(gè)被放大并傳送到圖像顯示器上，于是在成像平面上出現(xiàn)一個(gè)隨時(shí)間變化的信息分布圖隨時(shí)間變化的信息分布圖 132413241 a) 單元探測器b) 多元逐行掃描c)多元行跳躍掃描 多元探測器并聯(lián)掃描示意圖Harbin Inst

59、itute of TechnologyPAGE - 107 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 串聯(lián)掃描是探測器列陣置于掃描方向，圖像或景物串聯(lián)掃描是探測器列陣置于掃描方向，圖像或景物上的每一個(gè)點(diǎn)將先后由列陣探測器的每一個(gè)光敏元上的每一個(gè)點(diǎn)將先后由列陣探測器的每一個(gè)光敏元素一次掃描素一次掃描 探測器線列延遲線放大器 列 陣探測器串聯(lián)掃描示意圖Harbin Institute of TechnologyPAGE - 108 -光電測量技術(shù)光電測量技術(shù)并聯(lián)掃描方式并聯(lián)掃描方式串聯(lián)掃描方式串聯(lián)掃描方式探測器元素?cái)?shù)幾乎不受限制探測器元素?cái)?shù)幾乎不受限制探測器元素?cái)?shù)有限制探測器元素?cái)?shù)有限制掃描無效時(shí)間短掃描無效時(shí)

60、間短掃描無效時(shí)間長掃描無效時(shí)間長限制電路系統(tǒng)帶寬限制電路系統(tǒng)帶寬帶寬范圍大帶寬范圍大可進(jìn)行多行跳躍掃描可進(jìn)行多行跳躍掃描不能不能掃描結(jié)構(gòu)簡單掃描結(jié)構(gòu)簡單由于掃描速度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜由于掃描速度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜電路信號處理部分不損失分辨率電路信號處理部分不損失分辨率延遲中的相位差會引起掃描圖像模糊，損延遲中的相位差會引起掃描圖像模糊，損失分辨率失分辨率前置放大器和乘法器中的電子損耗高前置放大器和乘法器中的電子損耗高放大器損耗小，延遲網(wǎng)絡(luò)損耗大放大器損耗小，延遲網(wǎng)絡(luò)損耗大需要自動調(diào)節(jié)靈敏度需要自動調(diào)節(jié)靈敏度不需要不需要探測器響應(yīng)度不均勻性影響掃描圖像質(zhì)量探測器響應(yīng)度不均勻性影響掃描圖像質(zhì)量探測器響應(yīng)度的不