基于图像处理的激光光斑检测与特性分析
发布时间：2021-03-22 11:17
随着激光技术在军事、农业、材料加工等领域内的广泛应用,不同领域对激光的特性要求也不相同,如何评价激光的质量也显得尤为重要。相比其它光束质量评价参数,BQ因子考虑到大气湍流对激光光束的影响,因此对追求实际光束远场能量集中度或检测光束强度均匀的应用场合来讲,BQ因子显得十分重要。本文主要对光束束宽测量方案的设计、BQ因子测量方案的设计和光斑图像处理与特性分析这三个方面进行研究,以下分别介绍:1)分析激光光束质量评价参数,并且指出它们的适用性与不足。基于高斯激光特性推导激光光束质量评价参数的计算公式,在此基础上设计基于CCD相机的激光光束束宽测量方案。2)分析传统BQ因子测量方案发现若激光光束经过远距离传输后,光束横截面的光斑尺寸可能大于功率探测器的有效面积,因此导致BQ因子计算不准确。针对这一问题,本文使用了基于图像灰度分布的BQ因子测量方案。3)自然环境中的各种电磁波和CCD相机本身都会使拍摄到的光斑图像存在噪声。因此对光斑图像进行特性分析之前,需要将光斑图像经过去噪处理。分析传统空域和频域滤波算法可知,它们不能兼顾平滑噪声和保留图像的细节信息,因此本文选用基于PDE的全变分去噪算法。但...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光束的束腰和远场发散角如图2.1所示，0w表示光束束腰半径，0D表示光束束腰直径，0表示远场
第2章激光光束质量评价理论8w(f)f（2-17）4)瑞利长度瑞利长度RZ表示从光束束腰位置到光束束腰半径的2倍所对应位置的距离。在瑞利长度范围内激光的远场发散角近似为零且光束近似水平传输。如图2.2所示。高斯光束的瑞利长度为：20RwZ（2-18）瑞利距离的物理意义是：当||RzZ时，0w(z)2w（0w是实际光束束腰半径），b表示瑞利长度。图2.2光束的瑞利长度5)光斑模式分析激光器的输出时发现，激光光束是由许多独立的频率分量所组成。这些独立频率分量便称为模式，确切地说，光斑模式是只能存在于腔内的、稳定的光波的基本形式。一般情况下，模式分为横模和纵模两类。横模的多样性是由光场的空间分布和传输特性决定，纵模的多样性是由频谱决定[26]。当激发条件和工作物质不变的情况下，仅由谐振腔的特性决定激光振荡的实际模数。基横模和高阶横模损耗率的差异决定了谐振腔对横模数的限制。通常使用mnqTEM来描述激光谐振腔内电磁场的情况，其中，TEM代表横向电磁场，下标m、n表示横模阶数，q表示纵模阶数。图2.3是激光光斑模式的示意图。图2.3激光光斑模式图
第2章激光光束质量评价理论8w(f)f（2-17）4)瑞利长度瑞利长度RZ表示从光束束腰位置到光束束腰半径的2倍所对应位置的距离。在瑞利长度范围内激光的远场发散角近似为零且光束近似水平传输。如图2.2所示。高斯光束的瑞利长度为：20RwZ（2-18）瑞利距离的物理意义是：当||RzZ时，0w(z)2w（0w是实际光束束腰半径），b表示瑞利长度。图2.2光束的瑞利长度5)光斑模式分析激光器的输出时发现，激光光束是由许多独立的频率分量所组成。这些独立频率分量便称为模式，确切地说，光斑模式是只能存在于腔内的、稳定的光波的基本形式。一般情况下，模式分为横模和纵模两类。横模的多样性是由光场的空间分布和传输特性决定，纵模的多样性是由频谱决定[26]。当激发条件和工作物质不变的情况下，仅由谐振腔的特性决定激光振荡的实际模数。基横模和高阶横模损耗率的差异决定了谐振腔对横模数的限制。通常使用mnqTEM来描述激光谐振腔内电磁场的情况，其中，TEM代表横向电磁场，下标m、n表示横模阶数，q表示纵模阶数。图2.3是激光光斑模式的示意图。图2.3激光光斑模式图
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光焊接焊缝质量检测技术研究现状[J]. 蒋正英. 南方农机. 2019(24)
[2]激光技术应用综述[J]. 梁磊,张宁. 河南科技. 2019(35)
[3]机载激光雷达测深技术研究与进展[J]. 王鑫,潘华志,罗胜,杨鑫丽. 海洋测绘. 2019(05)
[4]结合小波自适应阈值与双边滤波的图像降噪[J]. 尤波,张宸枫. 计算机工程与设计. 2019(08)
[5]高斯光束特性分析及其应用[J]. 叶大华. 激光技术. 2019(01)
[6]基于刀口法的激光横向变形检测与标定方法[J]. 刘旭,黄承义. 工具技术. 2018(07)
[7]一种改进的高斯滤波方法[J]. 闫冬,卢晓东. 地理空间信息. 2018(05)
[8]数字工业相机中CMOS传感器的最新发展[J]. 雷晓峰,李烨. 传感器世界. 2017(10)
[9]CCD的非线性响应特性对光束质量测量的影响及修正[J]. 景文博,张汝平,王晓曼,赵洁,杨世钰,高洋洋. 红外与激光工程. 2017(08)
[10]数字图像迭代均值滤波降噪算法[J]. 高欣欣,倪念勇,孙波. 湖南文理学院学报(自然科学版). 2017(02)
博士论文
[1]自适应偏微分方程与图像去噪[D]. 张晓娟.上海大学 2019
[2]激光光束质量评价及测量方法研究[D]. 贺元兴.国防科学技术大学 2012
[3]嵌入式激光光束质量分析系统的研究[D]. 王彩霞.长春理工大学 2009
[4]激光光束质量对光束传输聚焦和加工质量的影响[D]. 陈虹.北京工业大学 2006
硕士论文
[1]高功率半导体激光器的光束特性评价[D]. 闫宏宇.长春理工大学 2019
[2]基于相位差异的激光光束质量测量技术研究[D]. 罗秦.长春理工大学 2019
[3]偏振图像的伪彩色增强方法研究[D]. 孙晨.长春理工大学 2018
[4]结合全变分模型的图像去噪方法研究[D]. 栾宁丽.华中师范大学 2018
[5]基于面阵CCD光束质量分析研究[D]. 袁帅龙.燕山大学 2017
[6]图像传感器的非线性特性对光束质量测量的影响[D]. 张汝平.长春理工大学 2017
[7]激光光束M2因子测试仪的设计与实现[D]. 宋金鹏.北京工业大学 2016
[8]双狭缝扫描光束质量分析系统设计[D]. 李蕾.长春理工大学 2016
[9]高精度激光光束质量测量系统设计与实验研究[D]. 柯义.华中科技大学 2015
[10]激光光束质量评价参数测量技术研究[D]. 贾少春.西安电子科技大学 2011
本文编号：3094041
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光束的束腰和远场发散角如图2.1所示，0w表示光束束腰半径，0D表示光束束腰直径，0表示远场
第2章激光光束质量评价理论8w(f)f（2-17）4)瑞利长度瑞利长度RZ表示从光束束腰位置到光束束腰半径的2倍所对应位置的距离。在瑞利长度范围内激光的远场发散角近似为零且光束近似水平传输。如图2.2所示。高斯光束的瑞利长度为：20RwZ（2-18）瑞利距离的物理意义是：当||RzZ时，0w(z)2w（0w是实际光束束腰半径），b表示瑞利长度。图2.2光束的瑞利长度5)光斑模式分析激光器的输出时发现，激光光束是由许多独立的频率分量所组成。这些独立频率分量便称为模式，确切地说，光斑模式是只能存在于腔内的、稳定的光波的基本形式。一般情况下，模式分为横模和纵模两类。横模的多样性是由光场的空间分布和传输特性决定，纵模的多样性是由频谱决定[26]。当激发条件和工作物质不变的情况下，仅由谐振腔的特性决定激光振荡的实际模数。基横模和高阶横模损耗率的差异决定了谐振腔对横模数的限制。通常使用mnqTEM来描述激光谐振腔内电磁场的情况，其中，TEM代表横向电磁场，下标m、n表示横模阶数，q表示纵模阶数。图2.3是激光光斑模式的示意图。图2.3激光光斑模式图
第2章激光光束质量评价理论8w(f)f（2-17）4)瑞利长度瑞利长度RZ表示从光束束腰位置到光束束腰半径的2倍所对应位置的距离。在瑞利长度范围内激光的远场发散角近似为零且光束近似水平传输。如图2.2所示。高斯光束的瑞利长度为：20RwZ（2-18）瑞利距离的物理意义是：当||RzZ时，0w(z)2w（0w是实际光束束腰半径），b表示瑞利长度。图2.2光束的瑞利长度5)光斑模式分析激光器的输出时发现，激光光束是由许多独立的频率分量所组成。这些独立频率分量便称为模式，确切地说，光斑模式是只能存在于腔内的、稳定的光波的基本形式。一般情况下，模式分为横模和纵模两类。横模的多样性是由光场的空间分布和传输特性决定，纵模的多样性是由频谱决定[26]。当激发条件和工作物质不变的情况下，仅由谐振腔的特性决定激光振荡的实际模数。基横模和高阶横模损耗率的差异决定了谐振腔对横模数的限制。通常使用mnqTEM来描述激光谐振腔内电磁场的情况，其中，TEM代表横向电磁场，下标m、n表示横模阶数，q表示纵模阶数。图2.3是激光光斑模式的示意图。图2.3激光光斑模式图
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光焊接焊缝质量检测技术研究现状[J]. 蒋正英. 南方农机. 2019(24)
[2]激光技术应用综述[J]. 梁磊,张宁. 河南科技. 2019(35)
[3]机载激光雷达测深技术研究与进展[J]. 王鑫,潘华志,罗胜,杨鑫丽. 海洋测绘. 2019(05)
[4]结合小波自适应阈值与双边滤波的图像降噪[J]. 尤波,张宸枫. 计算机工程与设计. 2019(08)
[5]高斯光束特性分析及其应用[J]. 叶大华. 激光技术. 2019(01)
[6]基于刀口法的激光横向变形检测与标定方法[J]. 刘旭,黄承义. 工具技术. 2018(07)
[7]一种改进的高斯滤波方法[J]. 闫冬,卢晓东. 地理空间信息. 2018(05)
[8]数字工业相机中CMOS传感器的最新发展[J]. 雷晓峰,李烨. 传感器世界. 2017(10)
[9]CCD的非线性响应特性对光束质量测量的影响及修正[J]. 景文博,张汝平,王晓曼,赵洁,杨世钰,高洋洋. 红外与激光工程. 2017(08)
[10]数字图像迭代均值滤波降噪算法[J]. 高欣欣,倪念勇,孙波. 湖南文理学院学报(自然科学版). 2017(02)
博士论文
[1]自适应偏微分方程与图像去噪[D]. 张晓娟.上海大学 2019
[2]激光光束质量评价及测量方法研究[D]. 贺元兴.国防科学技术大学 2012
[3]嵌入式激光光束质量分析系统的研究[D]. 王彩霞.长春理工大学 2009
[4]激光光束质量对光束传输聚焦和加工质量的影响[D]. 陈虹.北京工业大学 2006
硕士论文
[1]高功率半导体激光器的光束特性评价[D]. 闫宏宇.长春理工大学 2019
[2]基于相位差异的激光光束质量测量技术研究[D]. 罗秦.长春理工大学 2019
[3]偏振图像的伪彩色增强方法研究[D]. 孙晨.长春理工大学 2018
[4]结合全变分模型的图像去噪方法研究[D]. 栾宁丽.华中师范大学 2018
[5]基于面阵CCD光束质量分析研究[D]. 袁帅龙.燕山大学 2017
[6]图像传感器的非线性特性对光束质量测量的影响[D]. 张汝平.长春理工大学 2017
[7]激光光束M2因子测试仪的设计与实现[D]. 宋金鹏.北京工业大学 2016
[8]双狭缝扫描光束质量分析系统设计[D]. 李蕾.长春理工大学 2016
[9]高精度激光光束质量测量系统设计与实验研究[D]. 柯义.华中科技大学 2015
[10]激光光束质量评价参数测量技术研究[D]. 贾少春.西安电子科技大学 2011
本文编号：3094041
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