基于ccd的激光光束研究软件系统——光强分布的测量word格式论文.docxVIP

目录第一章引言 11.1 研究意义和背景11.1.1研究意义11.1.2CCD光电检测技术概述21.1.3CCD光电检测技术的主要应用领域21.2研究背景31.2.1国外研究背景 31.2.2国内研究背景 41.3主要研究内容41.4研究成果5第二章基于面阵CCD的激光光束分析的基本理论72.1工作原理72.1.1 基模高斯光束的参数及特性82.1.2用CCD分析高斯光束的数学模型92.2 系统的硬件构成102.3 检测系统的精细度112.4面阵CCD测量系统简介112.4.1CCD的基本工作原理122.4.2面阵CCD摄像器件的特性142.4.3面阵CCD图像采集系统工作原理152.4.4CCD器件的性能参数162.5图像采集172.5.1 图像采集卡的基本结构172.5.2 图像采集卡的性能参数182.6 面向对象技术的软件开发技术 192.6.1 软件开发技术的发展192.6.2 面向对象技术的基本特征212.6.3 面向对象技术的先进性22第三章基于CCD的激光光束分析软件系统253.1 软件系统的结构253.2 软件的工作流程图263.3软件的实现263.3.1 软件的应用程序框架263.3.1.1需求分析273.3.1.2实现方法273.3.2 图像的采集和显示283.3.2.1 使用图像采集卡SDK开发图像采集程序293.3.2.2用设备无关位图DIB加载采集到的图像313.3.2.3 图像的伪彩色变换323.3.3 多线程编程在程序中的应用343.3.3.1进程和线程344.2.1 点、线和多边形的描述424.2.2定义顶点454.2.3绘制几何图元 454.3坐标变换464.3.1 视图变换和模型变换474.3.2模型变换函数 484.4 三维模型表面的绘制514.5 三维模型的自由旋转534.5.1 沿固定旋转轴旋转算法534.5.2 沿任意旋转轴旋转算法544.5.2.13D跟踪球的旋转554.5.2.2 用虚拟球模拟3D跟踪球554.5.2.2 四元旋转向量和旋转矩阵56OpenGL在Windows系统中的实现58建立GDI窗口58.设置像素格式(PixelFormat)594.6.3建立用于OpenGL绘制的窗口604.6.4用0penGL绘图614.6.5 释放设备描述表和绘制描述表 61第五章图像的处理和变换 635.1图像的校准635.1.1噪声信号校准 635.1.1.1噪声模型635.1.1.2噪声分析655.1.2 非线性失真校准655.1.2.1CCD摄像机的区域性均衡失真65Gamma值66CCD 器件的饱和失真675.2 图像的平滑和滤波675.2.1模板操作675.2.2 图像平滑的算法68第六章实验结果与分析 716.1 基于CCD 测量和分析激光光束的实验操作步骤716.2 程序界面726.2.1 采集窗口726.2.2 轴向光强分布窗口 726.2.3结果窗口736.2.4三维模拟窗口 736.3程序测量结果756.4结论和展望776.5改进措施78致谢 80参考文献81在学期间的研究成果 84第一章引言1.1研究意义和背景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