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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