嵌入式激光光束質量分析系統(tǒng)的研究.pdf

1、本文以吉林省科技廳項目(項目號：20070325)及31基地項目激光xxxxxx系統(tǒng)為依托，對嵌入式激光光束質量分析系統(tǒng)做了系統(tǒng)地研究，探討了激光光束質量測量的相關理論和評價方法，詳細論述了嵌入式圖像處理技術及嵌入式激光光束質量分析系統(tǒng)圖像處理平臺的構建，分析了系統(tǒng)各單元性能對測量精度的影響，并介紹了激光光束質量分析系統(tǒng)的研制和實際應用。 簡單分析測量激光光束質量的意義，分析了目前激光光束質量測量中采用的幾種常用方法，通過比較各

2、種方法的使用范圍和優(yōu)缺點，提出了把光束質量因子法即M2因子法作為本系統(tǒng)評價激光光束質量的主要方法，具有評價精度高、綜合考慮激光光束近場特性和遠場特性等優(yōu)點。 在回顧和總結高斯光束傳輸與變換特性的基礎上，詳述了激光光束傳輸特性參數(shù)測量的基礎理論和方法，介紹了二階矩、光束參數(shù)積、衍射極限倍率因子和光束傳輸因子等激光光學基礎概念及其物理意義；介紹了ISO標準文件規(guī)定的激光束參數(shù)測量步驟、評價方法和相關光束質量因子計算公式。 在

3、研究激光光束質量評價理論基礎上，本文提出了面陣數(shù)字CCD技術、嵌入式技術及現(xiàn)代專用集成電路技術相結合實現(xiàn)嵌入式激光光束質量分析系統(tǒng)的方法。研究了嵌入式圖像處理技術，介紹了嵌入式圖像處理系統(tǒng)的應用、嵌入式Linux操作系統(tǒng)及嵌入式圖形用戶界面，并重點探討了本系統(tǒng)設計時采用QT/Embedded編程的關鍵技術，在綜合以上關鍵技術的前提下，設計了嵌入式激光光束質量分析系統(tǒng)圖像處理平臺，主要包括建立嵌入式交叉編譯環(huán)境、移植引導加載程序、進行嵌入

4、式Linux的剪裁與移植等工作。在分析系統(tǒng)中影響激光光斑圖像質量的主要因素后，重點闡述了嵌入式處理器運行去除圖像噪聲中值濾波算法、圖像灰度抖動消除算法、幀平均等算法如何處理激光光斑圖像信息，減小系統(tǒng)測量誤差。 系統(tǒng)硬件單元的研制工作主要包括：光學衰減、聚焦及反射光學系統(tǒng)的設計；精密機械部件的研制；步進電機控制、激光光斑圖像數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸單元、圖像處理和顯示等電子學系統(tǒng)研制。較好的解決了圖像數(shù)據(jù)采集和傳輸中現(xiàn)場門陣列緩存，直

5、接存儲器存取方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P鍵技術，對系統(tǒng)各個部件的精密裝配、聯(lián)調(diào)和測試表明：該系統(tǒng)能夠精確、快速的測量激光器光束質量，直觀地給出激光光束質量M2因子的值、束腰直徑、束腰位置、束散角、激光光斑的二維、三維分布和光斑形狀等重要激光光束特性。嵌入式操作系統(tǒng)技術的采用提高了系統(tǒng)的實時性，所以，本系統(tǒng)能實時、快速地測量出激光光束質量，真正意義上實現(xiàn)了激光光束質量的實時測量。 綜上，論文用矩陣方法研究高斯光束通過薄透鏡的傳輸和變換性質，以

6、及高斯光束的特性參數(shù)，重點對光束質量的評價和測量進行了闡述，采納國際標準制定的測量建議，建立了一套以數(shù)字CCD為光斑探測器，結合嵌入式處理器和現(xiàn)場可編程門陣列技術的激光光束質量分析系統(tǒng)。最后，應用該系統(tǒng)測量了氦氖激光器激光光束光強分布，用二階矩積分法計算出激光光束參數(shù)，并用雙曲線擬合法測量出光束質量因子，對采集光斑進行背景相減去噪、多幀圖像數(shù)據(jù)平均消除抖動以及高斯擬合得到了比較完整的光強分布信息。 嵌入式激光光束質量分析系統(tǒng)的研