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第一篇 光斑定位技术2

第1章 光电测量技术2

1.1 引言2

1.2 光电测量技术特点与分类5

1.2.1 光电测量技术特点5

1.2.2 光电测量技术分类5

第2章 光斑位置检测技术7

2.1 光斑位置测量技术7

2.1.1 光斑位置测量概述7

2.1.2 光斑位置测量技术7

2.2 光斑位置测量技术应用8

2.2.1 同轴度测量技术8

2.2.2 建筑变形测量技术8

2.2.3 光学三维面形测量技术9

2.2.4 激光三维面形测量技术10

2.2.5 运动测量技术12

2.3 光斑位置测量中的数据处理13

第3章 光斑位置检测器件14

3.1 实现光斑位置检测的器件14

3.1.1 CCD器件15

3.1.2 CMOS图像传感器16

3.1.3 PSD器件17

3.2 半导体激光准直光源18

3.2.1 激光二极管（LD）18

3.2.2 准直透镜18

3.2.3 整形棱镜19

3.2.4 驱动电路19

3.3 PSD器件19

3.3.1 横向光电效应简介19

3.3.2 PSD性能指标20

3.3.3 影响PSD测量精度的因素22

3.4 PSD光斑定位技术22

3.4.1 PSD应用的原则22

3.4.2 光斑定位算法22

3.4.3 与光斑定位有关的二维表快速检索算法25

3.4.4 PSD器件非线性误差的神经网络修正方法28

3.4.5 一维光斑位置传感器非线性误差修正31

3.5 环境光的影响与消除33

3.5.1 环境光的影响模式33

3.5.2 消除环境光影响的方法34

3.5.3 试验结果36

3.6 用一维PSD实现二维检测36

3.6.1 扩大PSD量程的方法36

3.6.2 用一维PSD实现二维检测37

3.7 光线定位技术38

3.8 CMOS图像传感器用作光斑位置传感器的研究39

3.8.1 结构形式及物镜几何畸变的校正39

3.8.2 基于OV9120的光斑位置传感器设计40

3.9 大相对孔径半导体激光准直镜的设计44

3.9.1 半导体激光束经圆孔的耦合效率45

3.9.2 三片式大相对孔径激光准直物镜的设计46

第二篇 光斑定位技术应用50

第4章 PSD同轴度测量50

4.1 概述50

4.1.1 同轴度测量问题50

4.1.2 同轴度的表述50

4.1.3 传统的测量方法51

4.2 同轴度测量系统52

4.2.1 单光源同轴度测量仪52

4.2.2 双光源同轴度测量仪52

4.2.3 同轴度测量系统组成53

4.3 测量原理53

4.3.1 数学模型54

4.3.2 测量模型59

4.3.3 计算机仿真试验60

4.4 测量方法61

4.4.1 四点测量法61

4.4.2 任意角度测量法63

4.5 单光源同轴度测量仪原理65

4.6 测量结果66

4.7 两轴分离式同轴度测量方法68

第5章 激光倾角测量与自动水准、垂线仪70

5.1 概述70

5.2 平面倾斜的表述71

5.3 二维数字水平仪的组成与工作原理71

5.4 计算机仿真试验76

5.5 性能指标78

5.6 自动安平激光水准仪79

5.6.1 激光自动安平机理79

5.6.2 自动安平激光水准仪的结构80

5.7 自动铅垂激光垂线仪80

5.7.1 井式垂线仪80

5.7.2 塔式垂线仪81

5.8 自动安平水准仪的改进81

第6章 激光拱坝变形监测83

6.1 概述83

6.2 分布式互联测点六自由度运动—变形观测方法83

6.2.1 测点设置的原则84

6.2.2 六自由度相对位移测量84

6.3 拱坝变形激光观测方法85

6.3.1 测量坐标系85

6.3.2 测量系统结构85

6.3.3 测量数学模型87

6.3.4 误差分析88

6.3.5 测量数据滤波处理89

6.3.6 计算值与计算机仿真结果对照90

6.3.7 重力修正90

6.4 拱坝变形观测的实现91

6.4.1 测台电路设计与实现91

6.4.2 上位机软件设计与实现95

第7章 牙模激光三维扫描100

7.1 概述100

7.2 低盲区线光源牙模激光三维扫描系统101

7.2.1 系统结构与原理102

7.2.2 神经网络结构设计与学习算法选择103

7.2.3 处理过程与效果104

7.3 点光源牙模激光三维扫描系统107

7.3.1 点光源牙模激光三维扫描仪结构107

7.3.2 坐标计算109

7.3.3 误差分析110

7.3.4 调整与标定111

7.4 点光源牙模激光三维扫描仪的电路设计114

7.4.1 CCD元件115

7.4.2 A/D变换器116

7.4.3 微处理器117

7.5 点光源牙模激光三维扫描系统的软件设计118

7.5.1 控制命令与数据格式118

7.5.2 扫描仪微处理器软件118

7.5.3 扫描控制软件120

第8章 牙颌模型三维数据处理技术122

8.1 概述122

8.2 模型三维数据集合的生成123

8.2.1 双路采样数据的融合123

8.2.2 数据的修补与三维坐标的生成124

8.3 模型的三维变换与显示128

8.3.1 矢量的齐次坐标表示与坐标变换128

8.3.2 牙颌模型整体三维坐标变换与真实感图形生成130

8.4 基于小波变换的数据降噪与压缩131

8.4.1 深度数据的小波降噪处理131

8.4.2 数据基于EZW的小波压缩处理134

8.5 基于伪三维显示的牙颌模型交互测量140

8.5.1 三维坐标交互测量的基本方法141

8.5.2 模型的伪三维图形显示142

8.5.3 牙颌模型三维测量功能的实现142

8.6 三维数据分离与咬合接触分析145

8.6.1 牙龈与牙龈的边界分离145

8.6.2 牙列咬合分析148

8.7 牙颌模型立体像对的生成与显示151

8.8 牙颌模型上局部牙齿的移动与显示153

第9章 牙颌局部变形及咬合运动虚拟再现156

9.1 概述156

9.2 局部变形技术综述157

9.2.1 模型表达方式相关的变形技术157

9.2.2 独立于模型表达方式的变形技术158

9.3 数字牙冠变形技术研究160

9.3.1 基于过渡矩阵的数字牙冠局部变形方法161

9.3.2 基于人工神经网络的牙颌三维变形方法163

9.4 咬合运动虚拟再现研究164

9.4.1 咬合运动过程测量原理165

9.4.2 咬合运动过程测量方法165

9.4.3 误差分析与实验166

9.4.4 激光发射装置169

参考文献171