第二章非相干光信号变换方法.ppt
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光电信号的变换和检测技术
时变光信号的直接检测 简单光学目标的形位检测 复杂光学图象的扫描检测
时变光信号的直接检测
一、光通量的幅度测量
(一)单通道测量系统 （二）双通道测量系统
二、光通量的频率测量
(一)波数测量 (二)频率测量
三、光通量的相位和时间测量
(一)相位测量 (二)时间测量
一、光通量的幅度测量
I S1 0 r S2 0 0 X
0
M
1
I 0
S1 0 r S2 0 x 0
X
S1 r S2 0
S1 r S 2 0
K0
(二)双通道测量系统
2.比较法
Rr S1 r 0 Rx S2 x 0 0
Rr .R2 R1.Rx
S1 r R1 S2 0 x R2
x
S1 S2
.r
M
. R2 R1
4．按扫描的应用目标
(1)图片扫描，指对二维的平面图形扫描； (2)实体扫描，指对三维物体的实体图像扫描； (3)搜索扫描，指对地一空、空一地的空间光学目标的扫描。
(三)扫描系统的分类和工作参数
描述扫描装置的基本参数
①扫描周期TK:扫描给定视场并使扫描线恢复初始位置所需的时间。
U U1 U 2
E0hx (E0hx) 2E0hx U 2hEm x sin t
x xm sin t
U 2hEmxm sint sin t
(二)典型的像分析器
2．单通道扫 描调制式像 分析器
(二)典型的像分析器
2．单通道扫 描调制式像 分析器
(三)扫描调制和极值检测
用于测量工件尺寸的两光电装置
(三)扫描系统的分类和工作参数
3．按实现扫描的物理方法
(1)机械扫描，例如转鼓和平板扫描； (2)光学机械扫描，例如多面体反射镜； (3)利用衍射光栅或全息光栅的扫描； (4)电磁场控制的电子束偏转扫描； (5)利用电光、磁光和声光效应的扫描； (6)利用CCD的移位电场扫描。
(三)扫描系统的分类和工作参数
E2 (x2,t)
KE KbK
Sf
( v1 v2
,
x2 )
kf
( v1 v2
,
x2
)
(三)扫描系统的分类和工作参数
1．按检测接收器类型
(1)具有单一光敏面检测器的扫描； (2)有阵列式接收器的扫描。
(三)扫描系统的分类和工作参数
2.按瞬时视场在空间的扫描轨迹
(1)直线扫描，对指定两点间的线段进行扫描读取，也称行扫描； (2)光栅扫描，在进行一维直线扫描的同时进行另一正交方向的 扫描； (3)圆周扫描，沿圆心位置和半径为任意的圆周进行扫描； (4)随机扫描，包括扫描轨迹为螺旋线型、梅花型或按图形边缘 跟踪以及中心位置为随机的不同大小的光栅扫描等； (5)沿圆柱面上的螺旋线扫描或沿圆面的空间扫描。
(三)扫描调制和极值检测
(三)扫描调制和极值检测
二、亮度中心检测法
(一)光学像分解
(一)光学像分解 (1)中心孔式
(一)光学像分解 (2)分光式
(一)光学像分解 (3)反射式
(一)光学像分解
(4)全息分光式
(二)象限探测器
(二)象限探测器
1．四象限探测器
1．四象限探测器
一、几何中心检测法 (一)像分析和像分析器 (二)典型的像分析器 (三)扫描调制和极值检测
二、亮度中心检测法 (一)光学像分解 (二)象限探测器
简单光学目标的形位检测
1 xG0 2 (x1 x2 )
xB0 B(x)dx
B(x)dx
0
xB0
(一)像分析和像分析器
(二)典型的像分析器
1．双通道差 分调制式像分 析器
(二)最简单的直线扫描
E1(x1) f (x1)
x1 v1t
(t) SE1 Sf (x1) Sf (v1t)
U (t) K (t) K Sf (v1t)
B(t) KbU (t) Kb K Sf (v1t) x2 v2t
E2 (x2 , t) K E B(t) K E Kb K Sf (v1t)
dt 2 dt 2
三、光通量的相位和时间测量
(一)相位测量 (二)时间测量
(一)相位测量
t 2D / c
0t
0
2 c
D
D c 2 0
L0 c / f0
D L0 2n 2
(二)时间测量
t 2D / c
t N T N / f
D 1ct c N K N
2
2f
简单光学目标的形位检测
U x K[(S 1S4 ) (S2 S3 )] Kf (x)
U y K[(S 1S2 ) (S3 S4 )] Kf ( y)
f (x) 2rx
1 x2 r2
r2
sin 1
x
r
f ( y) 2ry
1 x2 r2
r2
sin 1
y
r
(二)象限探测器
2．光电位置传感
2．光电位置传感
(一)单通道测量系统 (二)双通道测量系统
(一)单通道测量系统 1.直读法
S KM0 K 0
(一)单通道测量系统
指零法
M ( X 0 )
KST 0
KST 0M ( X 0 ) K0 ( X 0 )
K0 KST 0 M
X 0
(二)双通道测量系统
(二)双通道测量系统
1.差动法
Uy
I 2l
ln
r3 r4
复杂光学图像的扫描检测
一、扫描的基本原理和分类 (一)光学图像的扫描
光电扫描技术:用一个窄视场的光学系统和一个光电检测 通道，按一定的时间顺序和轨迹串行逐点扫视目标物像 空间的各点时，能获得瞬时值与被测目标的光学参数成 比例的时序电信号。
扫描方法能以单一个窄视场的光电检测通道实 现大范围的图像拾取，它既具有宽广的观察测 量范围，又具有较高的空间频率和灰度等级的 分较法
(二)双通道测量系统 3.交替比较法
二、光通量的频率测量
(一)波数测量 (二)频率测量
(一)波数测量
0
c os (2
1
/2
x)
0
c os (2
x ) T
xN
2
(二)频率测量
T / 2v
f 1 2v
T
或
v f
2
v dx dN . f
U Z S
Ux I x l d
2．光电位置传感
Ux
I 2l
ln
r1 r2
Ux
S1 2l
ln
r1 r2
Sn
d ln r1 2 r2
Uy
S1 2l
ln
r3 r4
Sn
d ln r3 2 r4
ln r1 S 2 U x r2 Sn d U
ln r3 S 2 U y r4 Sn d U
时变光信号的直接检测 简单光学目标的形位检测 复杂光学图象的扫描检测
时变光信号的直接检测
一、光通量的幅度测量
(一)单通道测量系统 （二）双通道测量系统
二、光通量的频率测量
(一)波数测量 (二)频率测量
三、光通量的相位和时间测量
(一)相位测量 (二)时间测量
一、光通量的幅度测量
I S1 0 r S2 0 0 X
0
M
1
I 0
S1 0 r S2 0 x 0
X
S1 r S2 0
S1 r S 2 0
K0
(二)双通道测量系统
2.比较法
Rr S1 r 0 Rx S2 x 0 0
Rr .R2 R1.Rx
S1 r R1 S2 0 x R2
x
S1 S2
.r
M
. R2 R1
4．按扫描的应用目标
(1)图片扫描，指对二维的平面图形扫描； (2)实体扫描，指对三维物体的实体图像扫描； (3)搜索扫描，指对地一空、空一地的空间光学目标的扫描。
(三)扫描系统的分类和工作参数
描述扫描装置的基本参数
①扫描周期TK:扫描给定视场并使扫描线恢复初始位置所需的时间。
U U1 U 2
E0hx (E0hx) 2E0hx U 2hEm x sin t
x xm sin t
U 2hEmxm sint sin t
(二)典型的像分析器
2．单通道扫 描调制式像 分析器
(二)典型的像分析器
2．单通道扫 描调制式像 分析器
(三)扫描调制和极值检测
用于测量工件尺寸的两光电装置
(三)扫描系统的分类和工作参数
3．按实现扫描的物理方法
(1)机械扫描，例如转鼓和平板扫描； (2)光学机械扫描，例如多面体反射镜； (3)利用衍射光栅或全息光栅的扫描； (4)电磁场控制的电子束偏转扫描； (5)利用电光、磁光和声光效应的扫描； (6)利用CCD的移位电场扫描。
(三)扫描系统的分类和工作参数
E2 (x2,t)
KE KbK
Sf
( v1 v2
,
x2 )
kf
( v1 v2
,
x2
)
(三)扫描系统的分类和工作参数
1．按检测接收器类型
(1)具有单一光敏面检测器的扫描； (2)有阵列式接收器的扫描。
(三)扫描系统的分类和工作参数
2.按瞬时视场在空间的扫描轨迹
(1)直线扫描，对指定两点间的线段进行扫描读取，也称行扫描； (2)光栅扫描，在进行一维直线扫描的同时进行另一正交方向的 扫描； (3)圆周扫描，沿圆心位置和半径为任意的圆周进行扫描； (4)随机扫描，包括扫描轨迹为螺旋线型、梅花型或按图形边缘 跟踪以及中心位置为随机的不同大小的光栅扫描等； (5)沿圆柱面上的螺旋线扫描或沿圆面的空间扫描。
(三)扫描调制和极值检测
(三)扫描调制和极值检测
二、亮度中心检测法
(一)光学像分解
(一)光学像分解 (1)中心孔式
(一)光学像分解 (2)分光式
(一)光学像分解 (3)反射式
(一)光学像分解
(4)全息分光式
(二)象限探测器
(二)象限探测器
1．四象限探测器
1．四象限探测器
一、几何中心检测法 (一)像分析和像分析器 (二)典型的像分析器 (三)扫描调制和极值检测
二、亮度中心检测法 (一)光学像分解 (二)象限探测器
简单光学目标的形位检测
1 xG0 2 (x1 x2 )
xB0 B(x)dx
B(x)dx
0
xB0
(一)像分析和像分析器
(二)典型的像分析器
1．双通道差 分调制式像分 析器
(二)最简单的直线扫描
E1(x1) f (x1)
x1 v1t
(t) SE1 Sf (x1) Sf (v1t)
U (t) K (t) K Sf (v1t)
B(t) KbU (t) Kb K Sf (v1t) x2 v2t
E2 (x2 , t) K E B(t) K E Kb K Sf (v1t)
dt 2 dt 2
三、光通量的相位和时间测量
(一)相位测量 (二)时间测量
(一)相位测量
t 2D / c
0t
0
2 c
D
D c 2 0
L0 c / f0
D L0 2n 2
(二)时间测量
t 2D / c
t N T N / f
D 1ct c N K N
2
2f
简单光学目标的形位检测
U x K[(S 1S4 ) (S2 S3 )] Kf (x)
U y K[(S 1S2 ) (S3 S4 )] Kf ( y)
f (x) 2rx
1 x2 r2
r2
sin 1
x
r
f ( y) 2ry
1 x2 r2
r2
sin 1
y
r
(二)象限探测器
2．光电位置传感
2．光电位置传感
(一)单通道测量系统 (二)双通道测量系统
(一)单通道测量系统 1.直读法
S KM0 K 0
(一)单通道测量系统
指零法
M ( X 0 )
KST 0
KST 0M ( X 0 ) K0 ( X 0 )
K0 KST 0 M
X 0
(二)双通道测量系统
(二)双通道测量系统
1.差动法
Uy
I 2l
ln
r3 r4
复杂光学图像的扫描检测
一、扫描的基本原理和分类 (一)光学图像的扫描
光电扫描技术:用一个窄视场的光学系统和一个光电检测 通道，按一定的时间顺序和轨迹串行逐点扫视目标物像 空间的各点时，能获得瞬时值与被测目标的光学参数成 比例的时序电信号。
扫描方法能以单一个窄视场的光电检测通道实 现大范围的图像拾取，它既具有宽广的观察测 量范围，又具有较高的空间频率和灰度等级的 分较法
(二)双通道测量系统 3.交替比较法
二、光通量的频率测量
(一)波数测量 (二)频率测量
(一)波数测量
0
c os (2
1
/2
x)
0
c os (2
x ) T
xN
2
(二)频率测量
T / 2v
f 1 2v
T
或
v f
2
v dx dN . f
U Z S
Ux I x l d
2．光电位置传感
Ux
I 2l
ln
r1 r2
Ux
S1 2l
ln
r1 r2
Sn
d ln r1 2 r2
Uy
S1 2l
ln
r3 r4
Sn
d ln r3 2 r4
ln r1 S 2 U x r2 Sn d U
ln r3 S 2 U y r4 Sn d U