基于ccd的激光光束分析软件系统——光强分布的测量

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1、第一章引言第一章引言1.1研究意义和背景1.1.1研究意义激光在现代的生产和生活中发挥着重要的作用。伴随着一些精细度要求较高的运用，激光光束的质量的好坏越来越受到人们的重视。在激光器的传统应用中，主要用到的参数为发送激光的功率，激光器的模式，谱宽，信噪比等。但随着应用领域的扩大和研究内容的深入，对激光光束在空间上的分布特性给出定量的测量显得愈发重要。在CCD摄像机未广泛应用之前，激光光强分布测量采用小孔扫描方式，多为人工控制，精度一般在毫米量级；小孔衍射效应对测量结果有一定干扰；且无法实现实时测量[1]。而新兴的计算机

2、图像检测技术无疑为进行激光光束分析开辟了一个新的研究方向图像检测技术作为计算机科学的一个重要分支，在最近三十年中取得迅速的发展，其应用领域遍及工业、农业、科学研究、军事等方面，为提高自动化水平，提高生产效率作出了重要的贡献。近年来CCD技术的迅速发展，使得广泛使用CCD传感器的光电图像检测技术也随之得到了进一步提高。光电图像检测是指用光电检测系统来实现对客观三维世界的理解和识别，也就是对被观察对象的形状、尺寸、材质、离观察点的距离和运动特征(方向和速度)等的理解和识别。采用光电图像检测的方法可以大大提高生产效率和生产的

3、自动化程度；易于实现信息集成和分析，并且检测到的数据精确性和一致性较好；可实现非接触、实时、高速和自动化检测。可以从整体上提高产品的质量、降低生产成本，提高企业的生产效率和经济效益[2]。使用CCD摄像机进行可见光和近红外激光光束的光强分布测量，精度可以达到10微米量级。由于其使用计算机来进行大部分测量和计算工作，可以方便地做到实时测量，同时在功能上也具有很大的可扩展性，代表了激光光束分析和测量技术发展的主要方向。近年来，国内外学者专家在用CCD测量激光光束方面做了大量的研究工作，先后出现了一些基于CCD的用于测量激光

4、光束的系统。国外已经做到了对激光光1电子科技大学硕士学位论文束的实时监控测量，并得到了较高的测量精度。但是国外开发的测量系统往往价格昂贵，并且受到专利法的保护，而国内的研究又多停留于实验室阶段，很少有测量仪器公司专门制造相应的产品，不能满足实际应用中对测量的需求。所以，开发一种自主知识产权的，并且容易实现规模化加工和制造的光束分析系统对提高我国激光器的制作水平，进行更深入的激光应用和开发有着重要的意义。1.1CCD光电检测技术概述CCD光电检测技术已经广泛应用于需要将光学信号转变为电信号的设备中。光电技术的发展，使得人

5、类可以借助摄像机、照相机、显微镜等途径获取客观世界图像信息的记录、观察和描述。由CCD光电传感器构成的实时、非接触测量系统是近几年发展起来的一种新型检测系统，广泛应用于钢铁、纺织、机械、电子、光学加工及电线电缆制造等多种行业。其特点是体积小、精度高、速度快、便于操作、永不磨损等。例如，在外观检测自动化系统中，应用CCD光电耦合器件，通过对扫描获取的图像数据的处理获得与检测对象相关的特征信息，将人们的判断基准(如尺寸、位置、形状、姿态等)与近似于人工检测的各种逻辑判断相结合，建立高精度且能快速识别的系统。CCD光电检测技

6、术是一种基于数字光学的扫描技术，其品质的高低在很大程度上决定了扫描图像的质量。CCD器件的出现，使检测技术由原来的机械检测转向光电检测，是检测技术的一大进步。利用CCD器件扫描不仅可以大大提高扫描速度，而且扫描更稳定可靠、更易于控制和实现自动化操作。利用数字扫描相机或数字照相机对景物、图像、图形、文件等进行扫描拍摄，将光影像聚焦到扫描相机内光电荷藕合器件CCD传感器上，进行光电转换，产生数字电信号，再把电信号转输到半导体存贮器上存贮。最后对存贮的图像信号进行处理，得到所需的结果。CCD具有较高的分辨率，可捕获较丰富的图

7、像细节，并可扫描具有一定景深的立体实物，而且制造成本也呈逐渐下降趋势。近年来，CCD光电检测技术逐步向提高测量精度和完善测量装置方向发展。这就对传感器技术、微计算机技术、数字信号处理、图像识别及检测技术提出了更高的要求。1.2CCD光电检测技术的主要应用领域由于CCD不仅具有独特的性能，而且可以方便地借助当今高速发展的IC制2第一章引言造工艺进行加工制造，20多年来CCD制造工艺有了惊人的发展。不仅先后研制出了多种系列、不同功能的CCD器件，比如微光CCD图像传感器、红外CCD图像传感器等，而且在信号处理、数据存贮、光

8、电传感等领域都获得了日趋广泛的应用。尤其在光电传感或光电成像方面的发展极为迅速。它已经成为现代光电子技术和测控技术领域中最活跃、最富有成果的新技术。CCD光电检测技术具有广泛的应用价值，它可应用于以下的多个方面：1)制作小型化的黑白与彩色TV摄像机;2)用作现代通讯用传真机的扫描器;3)在光学文字识别机中作图像、文字识别及数据的读