CN111487042B - 准直光束平行度及均匀度的测量***及测量方法 - Google Patents

准直光束平行度及均匀度的测量***及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种准直光束平行度及均匀度的测量***及测量方法，其中的测量方法包括：S1、将测量***置于被测准直光束前；S2、控制测量***沿水平方向和垂直方向进行扫描；S3、识别被测准直光束的光斑，寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域；S4、在被测准直光束的成像截面区域内选取数据扫描点，确定路径规划；S5、遍历路径规划中的每个数据扫描点，识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑，计算光斑的图像灰度均值及图像质心坐标；S6、根据光斑的图像灰度均值及图像质心坐标计算被测准直光束的平行度与均匀度。利用本发明能够实现均匀度与平行度的同时测量，还能够测量大尺寸光束的均匀度。

Description

准直光束平行度及均匀度的测量***及测量方法
技术领域
本发明涉及准直光测量技术领域，特别涉及一种准直光束平行度及均匀度的测量***及测量方法。
背景技术
现有的准直光束均匀度与平行度的测试方法，需要进行两次扫描，分别采集计算均匀度与平行度所需要的参数，不能实现均匀度与平行度的同时测试。
在单独测试均匀度与平行度的方法中，均匀度的测试方法通常对整个光斑进行成像，通过判断成像光斑的能量分布或灰度分布，进一步计算均匀度，此方法具有较大的局限性，即仅能测试小尺寸光束的均匀度，且判断光斑的能量分布或灰度分布的精度不高，最终影响均匀度的测试精度；平行度的测试方法采用一维扫描方式对光束进行扫描，并不能对整个光束截面进行测试，测试精度较低。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，提供一种准直光束平行度及均匀度的测量***及测量方法，以解决现有的准直光束均匀度及平行度的测试方法无法实现同时测试，且均匀度测试只能针对小尺寸光束、平行度测试精度较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种准直光束平行度及均匀度的测量方法，包括如下步骤：
S1、对被测准直光束进行二维扫描，寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域；
S2、在被测准直光束的成像截面区域内选取数据扫描点，确定路径规划；
S3、遍历路径规划中的每个数据扫描点，识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑，计算光斑的图像灰度均值及图像质心坐标；
S4、根据光斑的图像灰度均值及图像质心坐标计算被测准直光束的平行度与均匀度；其中，
根据光斑的图像灰度均值计算被测准直光束的均匀度的公式如下：
Figure BDA0002477129010000021
Figure BDA0002477129010000022
Figure BDA0002477129010000023
其中，U为被测准直光束的均匀度，Vavg为所有数据扫描点的光斑的图像灰度均值，Vi为第i个数据扫描点的图像灰度均值，Vmn为一帧图像内第m行、第n列的像素点的灰度值，W、H分别为图像的宽度和高度，L为数据扫描点的个数；
根据光斑的图像质心坐标计算被测准直光束的平行度的公式如下：
Figure BDA0002477129010000024
Figure BDA0002477129010000025
其中，Pi为各数据扫描点相对于被测准直光束的成像截面区域中心的平行度，(Xi，Yi)为各数据扫描点的图像质心坐标，(X0，Y0)为光束成像区域截面中心点的图像质心坐标，F为被测准直光束的焦距，S为图像采集单元的像元尺寸。
优选地，在步骤S1中，寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域的过程，包括如下步骤：
S110、水平方向扫描：电控单元控制二维移动装置沿水平方向进行扫描；
当二维移动装置移动至SXi-1位置未识别到光斑，而移动至SXi位置识别到光斑，记为水平边缘A点SXA＝SXi；
当二维移动装置移动至SXi-1位置识别到光斑，而移动至SXi位置未识别到光斑，记为水平边缘B点SXB＝SXi；则
在水平方向上，被测准直光束的成像区域的中心点水平坐标为：
CX＝0.5*(SXA+SXB)；
S120、垂直方向扫描：电控单元控制二维移动装置移动至中心点水平坐标CX，记为垂直边缘A点SYA，然后沿垂直方向进行扫描；
当二维移动装置移动至SYi-1位置识别到光斑，而移动至SYi位置未识别到光斑，记为垂直边缘B点SYB＝SYi；则
被测准直光束的成像区域的半径为：
Figure BDA0002477129010000031
在垂直方向上，被测准直光束的成像区域的中心点垂直坐标为：
CY＝SYA+(|SYA-SYB|-R)，
最终拟合出中心点为(CX，CY)、半径为R的被测准直光束的成像截面区域。
优选地，在被测准直光束的成像截面区域内，选取距离中心点(CX，CY)等距离的坐标点作为数据扫描点。
优选地，在步骤S1中，图像采集单元采用OTSU算法识别被测准直光束的光斑。
一种准直光束平行度及均匀度的测量***，包括：
棱镜，用于折转被测准直光束；
图像采集单元，用于接收经棱镜折转的被测准直光束并对其进行成像；
二维移动装置，用于带动图像采集单元与棱镜进行移动；
电控单元，用于控制二维移动装置进行二维移动；
成像区域拟合单元，用于寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合被测准直光束的成像截面区域；
路径规划建立单元，用于根据在被测准直光束的成像截面区域内选取的数据扫描点，建立路径规划；
光斑识别单元，用于遍历路径规划中的每个数据扫描点，识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑；
图像灰度均值计算单元，用于通过如下公式计算光斑的图像灰度均值：
Figure BDA0002477129010000041
其中，Vi为第i个数据扫描点的图像灰度均值，W、H分别为图像的宽度和高度，Vmn为一帧图像内第m行、第n列的像素点的灰度值；
图像质心坐标计算单元，用于通过如下公式计算光斑的图像质心坐标：
Figure BDA0002477129010000042
其中，(Xi，Yi)为各数据扫描点的图像质心坐标；
均匀度计算单元，用于根据光斑的图像灰度均值计算被测准直光束的均匀度，计算公式如下：
Figure BDA0002477129010000043
Figure BDA0002477129010000044
其中，U为被测准直光束的均匀度，Vavg为所有数据扫描点的光斑的图像灰度均值，L为数据扫描点的个数
平行度计算单元，用于根据光斑的图像质心坐标计算被测准直光束的平行度，计算公式如下：
Figure BDA0002477129010000045
其中，Pi为各数据扫描点相对于被测准直光束的成像截面区域中心的平行度，(X0，Y0)为光束成像区域截面中心点的图像质心坐标，F为被测准直光束的焦距，S为图像采集单元的像元尺寸。
优选地，二维移动装置包括固定框架、水平移动机构、纵向移动机构；其中，纵向移动机构包括纵向驱动电机、纵向导轨、滑块、齿条、纵向移动机构安装板和水平移动机构安装板，纵向驱动电机固定在纵向移动机构安装板上，在纵向驱动电机上套装有纵向齿轮；纵向导轨的数量为两条且间隔固定在固定框架上；滑块的数量为两个，两个滑块的一面分别与纵向导轨滑动连接，两个滑块的另一面分别与纵向移动机构安装板、水平移动机构安装板固定连接；齿条固定在固定框架上，与纵向齿轮啮合传动；水平移动机构包括水平驱动电机、同步带、主动同步齿轮和从动同步齿轮，水平驱动电机固定在纵向移动机构安装板上，主动同步齿轮套装在水平驱动电机的输出轴上，从动同步齿轮通过齿轮轴安装在水平移动机构安装板上，同步带啮合在主动同步齿轮与从动同步齿轮之间，棱镜通过固定块固定在同步带上，图像采集单元固定在水平移动机构安装板上。
优选地，纵向移动机构还包括连接在纵向移动机构安装板与水平移动机构安装板之间的导向轴，固定块套设在导向轴上。
优选地，在固定框架的底部安装有调节地脚。
本发明能够取得以下技术效果：
1、本发明通过两维移动装置带动棱镜对被测准直光束进行二维扫描，能够对整个光束截面进行测试，提高平行度的测试精度。
2、本发明通过一次扫描能够获得计算平行度与均匀度的参数，实现平行度与均匀度的同时测试。
3、本发明采用选取数据扫描点的方式遍历整个光斑的截面区域，能够测试大尺寸光束的均匀度，并且在均匀度测试方法中，将各误差因素考虑进去，能够提高光斑的能量分布或灰度分布的判断精度，从而提高均匀度的测试精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的测量***第一视角的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的测量***第二视角的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的测量方法的流程示意图。
其中的附图标记包括：棱镜1、图像采集单元2、电控单元3、固定框架410、水平支架411、垂直支架412、斜向支架413、辅助支架414、调节地脚415、纵向驱动电机420、纵向导轨421、滑块422、齿条423、纵向移动机构安装板424、水平移动机构安装板425、纵向齿轮426、水平驱动电机431、同步带432、主动同步齿轮433、从动同步齿轮434、导向轴435、固定块5。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
名词解释
平行度：是指准直光束出射方向各光束之间的平行性。
均匀度：是指准直光束的截面上光强分布的均匀性。
本发明通过二维移动装置带动棱镜对被测准直光束进行水平方向与垂直方向的二维扫描，图像扫描单元接收经棱镜折转的光束并成像，通过计算成像光斑的图像灰度均值及光斑的图像质心坐标，来计算被测准直光束的均匀度及平行度，在扫描过程中可根据需要对光束的不同位置进行扫描，精度可控且根据计算出的成像光斑的图像灰度均值及图像质心坐标可同时对整个光束的均匀度及平行度进行测量。
本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的结构，包括：
棱镜，用于折转被测准直光束；
图像采集单元，用于接收经所述棱镜折转的被测准直光束并对其进行成像；
二维移动装置，用于带动所述图像采集单元与所述棱镜进行移动；
电控单元，用于控制所述二维移动装置进行二维移动；
成像区域拟合单元，用于寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合被测准直光束的成像截面区域；
路径规划建立单元，用于根据在被测准直光束的成像截面区域内选取的数据扫描点，建立路径规划；
光斑识别单元，用于遍历所述路径规划中的每个数据扫描点，识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑；
图像灰度均值计算单元，用于通过如下公式计算光斑的图像灰度均值：
Figure BDA0002477129010000071
其中，Vi为第i个数据扫描点的图像灰度均值，W、H分别为图像的宽度和高度，Vmn为一帧图像内第m行、第n列的像素点的灰度值；
图像质心坐标计算单元，用于通过如下公式计算光斑的图像质心坐标：
Figure BDA0002477129010000072
其中，(Xi，Yi)为各数据扫描点的图像质心坐标；
均匀度计算单元，用于根据光斑的图像灰度均值计算被测准直光束的均匀度，计算公式如下：
Figure BDA0002477129010000073
Figure BDA0002477129010000074
其中，U为被测准直光束的均匀度，Vavg为所有数据扫描点的光斑的图像灰度均值，L为数据扫描点的个数
平行度计算单元，用于根据光斑的图像质心坐标计算被测准直光束的平行度，计算公式如下：
Figure BDA0002477129010000075
其中，Pi为各数据扫描点相对于被测准直光束的成像截面区域中心的平行度，(X0，Y0)为光束成像区域截面中心点的图像质心坐标，F为被测准直光束的焦距，S为图像采集单元的像元尺寸。
准直光束平行度及均匀度的测量***中棱镜、图像采集单元、二维移动装置和电控单元的结构如图1和图2所示，棱镜1用于折转被测准直光束，将被测准直光束折转至图像采集单元2，棱镜1可以为三棱镜或五棱镜，优选采用五棱镜，所折转的像为正像；图像采集单元2为一台高分辨率的相机，用于接收棱镜1折转后的准直光束，并对该准直光束进行成像；棱镜1与图像采集单元2分别固定在二维移动装置上，由二维移动装置带动棱镜1与图像采集单元2移动；电控单元3用于控制二维移动装置，电控单元3为现有技术故在此不再赘述。
二维移动装置包括：固定框架410、纵向移动机构和水平移动机构，固定框架410用于支撑固定纵向移动机构和水平移动机构，纵向移动机构用于带动棱镜1与图像采集单元2进行垂直方向的移动，水平移动机构用于带动棱镜1进行水平移动。
固定框架410包括四根水平支架411、两根垂直支架412和两根斜向支架413，四根水平支架411围成矩形结构，而两根垂直支架412竖立固定在矩形结构同侧的两个直角处，两根斜向支架413的一端分别固定在两根垂直支架412的顶部，两根斜向支架413的另一端分别固定在矩形结构的另两个直角处，水平支架411、垂直支架412与斜向支架413围成三角形，次此种结构的固定框架410最为稳固。
为了更进一步提高固定框架410的稳固性，在两根垂直支架412的顶端之间连接有辅助支架414，辅助支架414起到辅助稳固固定框架410的作用。
纵向移动机构包括：纵向驱动电机420、纵向导轨421、滑块422、齿条423、纵向移动机构安装板424、水平移动机构安装板425和纵向齿轮426；其中，纵向导轨421的数量为两条，分别固定在两根垂直支架412上；齿条423固定在一根垂直支架412上，位于纵向导轨421的一侧；滑块422的数量为两个，分别滑动连接在两条纵向导轨402上；纵向移动机构安装板424与一个滑块422固定连接，水平移动机构安装板425与另一个滑块422固定连接，纵向驱动电机420固定在纵向移动机构安装板424上，纵向齿轮426套装在纵向驱动电机420的输出轴上并与齿条423相啮合，纵向齿轮426随纵向驱动电机420的输出轴同步转动，与齿条423啮合传动，带动与纵向移动机构安装板424固定的滑块422在对应的纵向导轨421上滑动。
水平移动机构包括：水平驱动电机431、同步带432、主动同步齿轮433和从动同步齿轮434；其中，水平驱动电机431固定在纵向移动机构安装板424上，主动同步齿轮433套装在水平驱动电机431的输出轴上，与水平驱动电机431的输出轴同步转动；从动同步齿轮434通过齿轮轴安装在水平移动机构安装板425上，同步带432啮合在主动同步齿轮433与从动同步齿轮434之间，棱镜1通过固定块5固定在同步带432上。
当与纵向移动机构安装板424固定的滑块422在对应的纵向导轨420上滑动时，带动水平移动机构与图像采集单元2进行垂直方向的移动，并通过同步带432带动另一滑块422在另一条纵向导轨420上滑动，水平移动机构带动棱镜1进行垂直方向的移动，棱镜1与图像采集单元2同步进行垂直方向的移动，从而使图像采集单元2能够接收经棱镜1折转的准直光束。
图像采集单元2固定在水平移动机构安装板425上，随水平移动机构安装板425在滑块422的带动下同步进行垂直方向的移动。
当水平驱动电机431驱动主动同步齿轮433转动时，带动同步带432传动，从而带动棱镜1进行水平方向的移动。由于图像采集单元2固定在水平移动机构安装板425上，因此图像采集单元2不随同步带432进行水平方向的移动。
本发明是将水平移动机构固定在纵向移动机构上，将棱镜1固定在水平移动机构上，将图像采集单元2固定在纵向移动机构上。纵向移动机构能够带动棱镜1与图像采集单元2同步进行升降，水平移动机构能够带动棱镜1进行水平方向的移动。
为了对棱镜1起到导向作用，在纵向移动机构安装板424与水平移动机构安装板425之间设置有导向轴435，在固定块5对应于导向轴435的位置开设有导向孔，使固定块5套设在导向轴435上，在棱镜1随同步带432移动时，棱镜1在导向轴435的导向下进行移动。
本发明通过纵向移动机构与横向移动机构实现棱镜1的二维移动，以增大扫描范围。
棱镜1需要与被测准直光束的光轴垂直，为了调节棱镜1与测准直光束的光轴的垂直度，在水平支架411的底部位于棱镜1的下方位置设置调节地脚415，通过调整调节地脚415的高度调节棱镜1与测准直光束的光轴的垂直度。
图像采集单元2具有一个聚焦透镜，在棱镜1将准直光束折转到该聚焦透镜时，通过该聚焦透镜进行汇聚，再进行模数转换后进行后续处理。
上述内容详细说明了本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的测量***的结构，与准直光束平行度及均匀度的测量***相对应，本发明还提供一种利用该测量***对准直光束进行平行度及均匀度的测量方法。
图3示出了本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的测量方法的流程。
如图3所示，本发明实施例提供的准直光束平行度及均匀度的测量方法，包括如下步骤：
S1、将准直光束平行度及均匀度的测量***置于被测准直光束前，使棱镜与被测准直光束的光轴垂直。
通过调整调节地脚的高度使棱镜与被测准直光束的光轴垂直。
将棱镜设置成与被测准直光束的光轴垂直是为了实现对被测准直光束的折转，以被图像采集单元接收。
S2、将被测准直光束的基本参数输入电控单元，控制二维移动装置沿水平方向和垂直方向进行扫描。
在将被测准直光束的基本参数输入电控单元后，电控单元控制水平驱动电机和纵向驱动电机转动，带动棱镜进行二维扫描。
S3、图像采集单元识别被测准直光束的光斑，寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域。
图像采集单元采用OTSU算法识别被测准直光束的光斑，具体步骤为：
S310、采用大津法(OTSU)计算图像的自适应阈值T；
S320、图像内像素灰度值Gray>T，则认为该点是光斑内的点，否则认为是背景像素；
S330、统计图像内光斑点的个数N，N>0则识别到光斑，N＝0则当前扫描位置无光斑。
图像采集单元寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域的过程，包括如下步骤：
S340、水平方向扫描：电控单元控制二维移动装置沿水平方向进行扫描；
当二维移动装置移动至SXi-1位置未识别到光斑，而移动至SXi位置识别到光斑，记为水平边缘A点SXA＝SXi；
当二维移动装置移动至SXi-1位置识别到光斑，而移动至SXi位置未识别到光斑，记为水平边缘B点SXB＝SXi；则
在水平方向上，被测准直光束的成像区域的中心点水平坐标为：
CX＝0.5*(SXA+SXB)；
S350、垂直方向扫描：电控单元控制二维移动装置移动至中心点水平坐标CX，记为垂直边缘A点SYA，然后沿垂直方向进行扫描；
当二维移动装置移动至SYi-1位置识别到光斑，而移动至SYi位置未识别到光斑，记为垂直边缘B点SYB＝SYi；则
被测准直光束的成像区域的半径为：
Figure BDA0002477129010000111
在垂直方向上，被测准直光束的成像区域的中心点垂直坐标为：
CY＝SYA+(|SYA-SYB|-R)，
最终拟合出中心点为(CX，CY)、半径为R的被测准直光束的成像截面区域。
需要说明的是，本发明也可以先进行垂直方向的扫描，再进行水平方向扫描。
S4、在被测准直光束的成像截面区域内选取数据扫描点，确定路径规划。
在被测准直光束的成像截面区域内，选取距离中心点(CX，CY)等距离的坐标点作为数据扫描点，数据扫描点即为待遍历位置的坐标点，多个数据扫描点建立起路径规划。
S5、电控单元驱动二维移动装置遍历路径规划中的每个数据扫描点，通过图像采集单元识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑，计算每个光斑的图像灰度均值及图像质心坐标。
每个光斑的图像灰度均值的计算公式如下：
Figure BDA0002477129010000121
其中，Vi为第i个数据扫描点的图像灰度均值，W、H分别为图像的宽度和高度，Vmn为一帧图像内第m行、第n列的像素点的灰度值。
每个光斑的图像质心坐标的计算公式如下：
Figure BDA0002477129010000122
其中，(Xi，Yi)为各数据扫描点的图像质心坐标。
本发明采用选取数据扫描点的方式遍历整个光斑的截面区域，能够测试大尺寸光束的均匀度。
S6、根据光斑的图像灰度均值及图像质心坐标计算被测准直光束的平行度与均匀度。
根据光斑的图像灰度均值计算被测准直光束的均匀度的公式如下：
Figure BDA0002477129010000123
Figure BDA0002477129010000124
其中，U为被测准直光束的均匀度，Vavg为所有数据扫描点的光斑的图像灰度均值，L为数据扫描点的个数。
本发明提供的均匀度的测量方法考虑了各误差因素(例如装调的精度误差等)，能够提高光斑的能量分布或灰度分布的判断精度，从而提高均匀度的测试精度。
根据光斑的图像质心坐标计算被测准直光束的平行度的公式如下：
Figure BDA0002477129010000125
其中，Pi为各数据扫描点相对于被测准直光束的成像截面区域中心的平行度，(X0，Y0)为光束成像区域截面中心点的图像质心坐标，F为被测准直光束的焦距，S为图像采集单元的像元尺寸。
本发明在一次扫描过程中，就可以获得计算被测准直光束的平行度与均匀度的数据，可以实现平行度与均匀度的同时测量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种准直光束平行度及均匀度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对被测准直光束进行二维扫描，寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域；
S2、在被测准直光束的成像截面区域内选取数据扫描点，确定路径规划；
S3、遍历所述路径规划中的每个数据扫描点，识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑，计算光斑的图像灰度均值及图像质心坐标；
S4、根据光斑的图像灰度均值及图像质心坐标计算被测准直光束的平行度与均匀度；其中，
根据光斑的图像灰度均值计算被测准直光束的均匀度的公式如下：
Figure FDA0002811999660000011
Figure FDA0002811999660000012
Figure FDA0002811999660000013
其中，U为被测准直光束的均匀度，Vavg为所有数据扫描点的光斑的图像灰度均值，Vi为第i个数据扫描点的图像灰度均值，Vmn为一帧图像内第m行、第n列的像素点的灰度值，W、H分别为图像的宽度和高度，L为数据扫描点的个数；
根据光斑的图像质心坐标计算被测准直光束的平行度的公式如下：
Figure FDA0002811999660000014
Figure FDA0002811999660000015
其中，Pi为各数据扫描点相对于被测准直光束的成像截面区域中心的平行度，(Xi，Yi)为各数据扫描点的图像质心坐标，(X0，Y0)为光束成像区域截面中心点的图像质心坐标，F为被测准直光束的焦距，S为图像采集单元的像元尺寸。
2.根据权利要求1所述的准直光束平行度及均匀度的测量方法，其特征在于，在步骤S1中，寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合出被测准直光束的成像截面区域的过程，包括如下步骤：
S110、水平方向扫描：电控单元控制所述二维移动装置沿水平方向进行扫描；
当所述二维移动装置移动至SXi-1位置未识别到光斑，而移动至SXi位置识别到光斑，记为水平边缘A点SXA＝SXi；
当所述二维移动装置移动至SXi-1位置识别到光斑，而移动至SXi位置未识别到光斑，记为水平边缘B点SXB＝SXi；则
在水平方向上，被测准直光束的成像区域的中心点水平坐标为：
CX＝0.5*(SXA+SXB)；
S120、垂直方向扫描：所述电控单元控制所述二维移动装置移动至所述中心点水平坐标CX，记为垂直边缘A点SYA，然后沿垂直方向进行扫描；
当所述二维移动装置移动至SYi-1位置识别到光斑，而移动至SYi位置未识别到光斑，记为垂直边缘B点SYB＝SYi；则
被测准直光束的成像区域的半径为：
Figure FDA0002811999660000021
在垂直方向上，被测准直光束的成像区域的中心点垂直坐标为：
CY＝SYA+(|SYA-SYB|-R)，
最终拟合出中心点为(CX，CY)、半径为R的被测准直光束的成像截面区域。
3.根据权利要求2所述的准直光束平行度及均匀度的测量方法，其特征在于，在被测准直光束的成像截面区域内，选取距离所述中心点(CX，CY)等距离的坐标点作为数据扫描点。
4.根据权利要求1所述的准直光束平行度及均匀度的测量方法，其特征在于，在步骤S1中，图像采集单元采用OTSU算法识别被测准直光束的光斑。
5.一种准直光束平行度及均匀度的测量***，包括：
棱镜，用于折转被测准直光束；
图像采集单元，用于接收经所述棱镜折转的被测准直光束并对其进行成像；
其特征在于，该测量***还包括：
二维移动装置，用于带动所述图像采集单元与所述棱镜进行移动；
电控单元，用于控制所述二维移动装置进行二维移动；
成像区域拟合单元，用于寻找被测准直光束的有效成像区域的边缘位置，拟合被测准直光束的成像截面区域；
路径规划建立单元，用于根据在被测准直光束的成像截面区域内选取的数据扫描点，建立路径规划；
光斑识别单元，用于遍历所述路径规划中的每个数据扫描点，识别被测准直光束在每个数据扫描点位置的光斑；
图像灰度均值计算单元，用于通过如下公式计算光斑的图像灰度均值：
Figure FDA0002811999660000031
其中，Vi为第i个数据扫描点的图像灰度均值，W、H分别为图像的宽度和高度，Vmn为一帧图像内第m行、第n列的像素点的灰度值；
图像质心坐标计算单元，用于通过如下公式计算光斑的图像质心坐标：
Figure FDA0002811999660000032
其中，(Xi，Yi)为各数据扫描点的图像质心坐标；
均匀度计算单元，用于根据光斑的图像灰度均值计算被测准直光束的均匀度，计算公式如下：
Figure FDA0002811999660000041
Figure FDA0002811999660000042
其中，U为被测准直光束的均匀度，Vavg为所有数据扫描点的光斑的图像灰度均值，L为数据扫描点的个数
平行度计算单元，用于根据光斑的图像质心坐标计算被测准直光束的平行度，计算公式如下：
Figure FDA0002811999660000043
其中，Pi为各数据扫描点相对于被测准直光束的成像截面区域中心的平行度，(X0，Y0)为光束成像区域截面中心点的图像质心坐标，F为被测准直光束的焦距，S为图像采集单元的像元尺寸。
6.根据权利要求5所述的准直光束平行度及均匀度的测量***，其特征在于，所述二维移动装置包括固定框架、水平移动机构、纵向移动机构；其中，
所述纵向移动机构包括纵向驱动电机、纵向导轨、滑块、齿条、纵向移动机构安装板和水平移动机构安装板，所述纵向驱动电机固定在所述纵向移动机构安装板上，在所述纵向驱动电机上套装有纵向齿轮；所述纵向导轨的数量为两条且间隔固定在所述固定框架上；所述滑块的数量为两个，两个滑块的一面分别与所述纵向导轨滑动连接，两个滑块的另一面分别与所述纵向移动机构安装板、所述水平移动机构安装板固定连接；所述齿条固定在所述固定框架上，与所述纵向齿轮啮合传动；
所述水平移动机构包括水平驱动电机、同步带、主动同步齿轮和从动同步齿轮，所述水平驱动电机固定在所述纵向移动机构安装板上，所述主动同步齿轮套装在所述水平驱动电机的输出轴上，所述从动同步齿轮通过齿轮轴安装在所述水平移动机构安装板上，所述同步带啮合在所述主动同步齿轮与所述从动同步齿轮之间，所述棱镜通过固定块固定在所述同步带上，所述图像采集单元固定在所述水平移动机构安装板上。
7.根据权利要求6所述的准直光束平行度及均匀度的测量***，其特征在于，所述纵向移动机构还包括连接在所述纵向移动机构安装板与所述水平移动机构安装板之间的导向轴，所述固定块套设在所述导向轴上。
8.根据权利要求6所述的准直光束平行度及均匀度的测量***，其特征在于，在所述固定框架的底部安装有调节地脚。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485358B (zh) * 2022-02-14 2023-11-24 湖北工业大学 一种轮轴平行度测量方法及其测量平台
CN116327232B (zh) * 2023-03-27 2023-09-22 北京朗视仪器股份有限公司 一种头颅摄影装置参数校准方法、装置及设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060050339A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-09 Fuji Xerox Co., Ltd. Hologram recording method and hologram recording apparatus
JP2006226958A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Alps Electric Co Ltd 反射特性測定プログラム及び反射特性測定方法
CN1897648A (zh) * 2005-11-04 2007-01-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种调整摄像机位置的方法及装置
CN105973171A (zh) * 2016-06-24 2016-09-28 山东神戎电子股份有限公司 一种光轴与安装基准面平行度测试装置及方法
CN106950195A (zh) * 2017-02-24 2017-07-14 西安电子科技大学 基于散射介质的可编程光学元件及光场调控***和方法
CN107003122A (zh) * 2014-12-09 2017-08-01 巴斯夫欧洲公司 光学检测器
CN109257595A (zh) * 2018-11-23 2019-01-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100370219C (zh) * 2004-05-18 2008-02-20 中国科学院力学研究所 入射角度扫描椭偏成像测量方法和装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060050339A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-09 Fuji Xerox Co., Ltd. Hologram recording method and hologram recording apparatus
JP2006226958A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Alps Electric Co Ltd 反射特性測定プログラム及び反射特性測定方法
CN1897648A (zh) * 2005-11-04 2007-01-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种调整摄像机位置的方法及装置
CN107003122A (zh) * 2014-12-09 2017-08-01 巴斯夫欧洲公司 光学检测器
CN105973171A (zh) * 2016-06-24 2016-09-28 山东神戎电子股份有限公司 一种光轴与安装基准面平行度测试装置及方法
CN106950195A (zh) * 2017-02-24 2017-07-14 西安电子科技大学 基于散射介质的可编程光学元件及光场调控***和方法
CN109257595A (zh) * 2018-11-23 2019-01-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Polar transformation-based phase-scanning method for centering a non-diffracting fringe image;Guolu Ma;《OpticsCommunications》;20140830;全文 *
一种红外变焦距像面变化量的测量方法;聂真威等;《红外》;20141210;全文 *

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