激光三角法改进的显微镜快速自动对焦方法

为了满足TFT-LCD显微镜光学检测系统在工业上的需求,基于激光三角测距法提出一种改进的显微镜快速自动对焦方式,并建立了光路数学模型。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的激光,激光光束在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个半圆光斑。以对焦完成时CCD上的光斑半径最小为基准,给出了离焦量与光斑信息探测量之间的数学模型关系,实时控制PZT进行自动调焦。根据给定的数学模型,利用高斯曲线拟合对光斑中心进行定位并计算离焦量,实现对实时控制压电陶瓷的自动对焦。在50倍物镜下的实验结果表明:实际测量值与理论值有很好的线性度,在±30μm的对焦平面上对焦重复定位精度可达到0.2μm,对焦时间在0.26 s。与传统的显微镜对焦方法相比,该方法有较高的精度、较好的线性度和更高速等优点,可满足工业光学检测的需求。     

激光三角测距法自动调焦模型的建立与分析

为了满足工业TFT-LCD检测系统中显微镜对主动自动对焦的要求,提出了一种基于激光三角测距法主动自动调焦的方法,建立了相应的数学模型并进行了实验数据分析。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的红外光,红外光在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个光斑,以对焦完成时CCD上光斑半径最小为基准,给出了离焦量δ与光斑信息探测量r之间的数学关系,据此实时控制PZT进行自动调焦。初步以50×物镜进行实验,结果显示其在焦平面±30μm范围内的实际测量值与理论值吻合,线性度优越,调焦精度达到0.2μm。与传统的显微镜调焦方法相比具有精度高、线性度好、调焦速度快等优点,满足工业检测自动化的实际需要。     

TFT-LCD检测中基于激光三角法的显微镜离焦快速在线检测及补偿

光学成像检测设备的快速自动对焦是基于机器视觉快速缺陷检测的关键,为了解决检测过程中不同倍数物镜景深(0.5~91μm)跨度大以及被检测物体振动给快速对焦造成的影响等问题,提出了基于激光三角法的显微镜离焦在线检测及补偿方法。该方法利用激光三角法进行离焦量和离焦方向的快速探测,使用由行程100μm的压电陶瓷和行程25 mm直流电机构成的宏微双驱动结构协同控制完成大范围对焦任务。实验结果表明,构建的宏微结构对焦方式可以在0.4 s内实现高倍物镜±0.5μm景深至低倍物镜±91μm景深大范围的快速自动对焦,并实现被检测物体±3μm振动范围的快速自动跟随对焦。该方法满足了新一代薄膜场效应晶体管液晶显示器(TFT-LCD)工业检测装备对自动化对焦范围、速度和精度的要求,同时可应用在平板显示器(FPD)检测、线路板检测、生物医学和自动机器装配等领域。     

变折射率三角棱镜产生无衍射线结构光

提出一种可产生中心光斑较强的无衍射线结构光的新型光学元件——变折射率三角棱镜。变折射率三角棱镜的折射率分布呈阶跃式变化,可以用于解决折射率均匀三角棱镜产生的无衍射线结构光能量均匀分布、中心光斑能量利用率较低的问题。采用几何光学理论分析了产生中心光斑较强的无衍射线结构光的原理,计算了中心光斑较强的无衍射线结构光的相关参数。由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的光强分布特性。研究表明,平面波正面入射新型光学元件可以产生中心光斑较强的无衍射线结构光。     

基于离焦深度法的自动对焦光路设计

基于离焦深度法设计了自动对焦光路,光路由激光 光源,准直扩束透镜,调焦透镜,摄 像头组成。使用ZEMAX软件模拟了对焦过程,通过控制调焦透镜的位置获取光斑半径,计算 对焦位置。 移动调焦透镜,分别在距离对焦目标5.62 cm,7.38 cm,14.02 cm,16.88 cm,20.94 cm处得到了弥散光斑 的直径。计算得到的误差在1mm以内。基于此,实际搭建了对焦光路并进行模拟。采用位移 滑轨模拟透 镜的变焦运动,由摄像头获取物面上的激光斑点,通过MATLAB编程来快速获得光斑直径的之 间的比例。 结果显示,对焦结果误差在1cm以内,考虑到导轨读数存在误差,摄像头像素有限,激光功 率不稳定等原 因,虽然实际结果与理论模拟之间存在差异,但证实了此方法的可行性。后续工作将用位移 平台替换手动 滑轨,编程精密控制透镜的移动位置,实现自动对焦。研究工作为改进本课题组已经开发的 便携式高灵敏 毒品荧光检测系统提供技术参考。     

光学瞄准及自动跟踪系统设计

为提高激光通信、激光制导、激光雷达等光电系统的工作可靠性及自动化程度,提出了光学瞄准及自动跟踪系统的设计方案.系统采用四象限光电探测器为前端探测单元,结合自动控制技术和精密步进系统,实现目标激光光斑的自动瞄准和跟踪.介绍了系统的工作原理,并对其进行了硬件设计和控制程序设计.经调试、运行证明,该系统方案可行、简单且易于实现,二维位移的跟踪控制精度可达10μm以下.     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

远场激光光斑图像处理方法研究

常用的基于高斯光束特性的激光光斑图像处理算法,处理远场光斑图像会丢失部分能量较低的光斑数据,致使处理出的光斑能量密度低端精度不能达到0.01J/cm2的需求。为了得到更精确的远场激光光斑数据信息,提出了基于噪声特性的激光光斑图像自动阈值处理算法。该算法在分析系统噪声特性的基础上,依据3原则确定图像提取阈值进行光斑图像处理。通过试验验证了该算法既能够有效抑制系统噪声,又能够改善光斑图像的处理质量,恢复光斑图像丢失的数据信息,使光斑能量密度低端达到探测需求。结果表明,基于噪声特性的光斑图像处理算法能够有效提高远场激光光斑的处理精度,更适用于远场激光光斑图像的处理。     

提高“猫眼”探测系统自动对焦性能的方法研究

为提高自研"猫眼"探测系统的自动对焦性能,对主动激光图像散斑噪声、自动对焦窗口和视场变化三个对焦性能影响因素进行分析,分别提出了自动对焦改进算法及策略。实验证明,改进后,探测系统自动对焦性能明显提升,为探测系统后续预警提供了清晰准确的威胁目标激光图像。     

红外系统对入射激光的回射特性研究

介绍了红外系统的光学特性,从理论和实验上验证了激光辐照典型红外系统产生的回射激光。通过实验测 量了红外系统内光学元件产生回射激光的效率、光斑尺寸,分析了对回射激光光斑的识别。研究结果对充分利用回射激 光,开展激光对红外系统的主动跟踪、识别闭环具有一定的实际意义。     

激光扫描共聚焦显微镜自动对焦研究

目的：针对激光扫描共聚焦显微镜在二维平面扫描样本时不能自动准确定位焦平面的不足，提出一种基于全自动光学显微镜自动聚焦原理的数字图像处理算法解决这个问题。方法：利用激光扫描共聚焦最微镜获得具有一定厚度的显微样本不同焦距下序型固傻，首先应用灰度方差算子全局搜索进行粗聚焦，对粗聚焦得到的焦平面附近各一个扫描步距范围内的图像再利用基于Sobel梯度的熵函数进，行目标区域的精确聚焦,单向搜索以提高聚焦速度.结果：实验表明该方法对于无荧光标记的样本的均可以准确对焦,粗细两次聚焦可以提高自动对焦的精度,基于Sobel梯度的熵函数对于图像边缘敏感,比以往的空域自动对焦方法更符合生物显微样本对焦精确度高的需求。     

平视显示器视差自动测量系统的设计与实现

针对平视显示器现场调试过程中视差检测存在主观性大、不易给出定量结果的问题,研制了一套用于平视显示器视差自动检测装置.本装置采用传统光学系统,利用CCD光电耦合器件将大视场平行光管分划像清晰成像,放入被测平显,再次将分划成像,并对此图像进行处理.通过自制计算软件,计算给出视差调节量,从而进行自动检测.利用这一装置与未采用...     

简析光学系统自动调焦的方法

自动调焦技术已经广泛应用于各种光学仪器中。常见的调焦方法，从基本原理上可分成基于物方测距的主动式和基于像检测法的被动式两大类。主动、被动式自动对焦方式各有千秋，主动式由系统主动发出光波，可以在低反差、弱光线下对焦，但当被摄体能吸收或反射光或波时对焦困难。被动式直接接收来自景物自身的反光，对具有一定亮度的被摄体能理想地自动对焦，自身不要发射系统，耗能少，有利于小型化。被动法中的以数字图像处理作为调焦检测函数的方法，理想的评价函数要求无偏性、单峰性、能反映离焦的极性、对噪声敏感度低等。为提高效率，往往还希望计算量尽可能地小。文章介绍了目前应用于光学系统的几种基于光电测试和图像处理的自动调焦方法。     

基于图像处理的光学无热化设计效果检测系统

无热化设计是红外光学系统设计的一项重要内容,为了检测无热化设计的效果,提出了一种基于图像处理的红外光学系统无热化设计效果检测方法。利用此方法对被测光学系统进行自动调焦,记录其在不同工作温度下的焦点位置并进行分析,得到被测光学系统在不同温度下的相对离焦量。研制了某型无热化设计效果检测系统,介绍了其系统组成、测量离焦量的工作原理、自动调焦算法和调焦区域的选择,给出了实验结果。还提出了一种基于图像灰度梯度的复合聚焦策略并进行验证。实验结果表明,其调焦速度快,重复性好,精度较高,抗噪声干扰能力强。     

一种适用于任意目标的离焦深度快速自动聚焦技术

针对聚焦深度(DFF)法对焦速度慢的缺点,提出了 一种适用于任意目标的离焦深度(DFD)快速自动聚焦 算法。在仅改变成像系统镜头位置的条件下,应用光学成像系统离焦模型,推导了以模糊差 异为参量的离 焦深度的计算公式。采用S变换得到两幅不同离焦程度图像的模糊差异,并利用推导得到的 公式计算出目 标物体的深度信息,从而调节镜头位置完成自动聚焦。实验结果表明,本文算法适用于任意 目标物体,仅需 要两幅不同程度的离焦图像,能够以较高精度估计出目标物体的深度信息,从而实现快速自动聚 焦。     

基于嵌入式系统自动连续变倍视频显微镜

介绍了文中嵌入式系统总体设计思路,及在连续变倍系统中应用的嵌入式技术,在降低了成本的同时能快速地实现自动变倍、调焦和检测功能。阐述了电控变倍和自动调焦两方面技术,即机械传动部分采用小模数齿轮实现机械运动和动力的传递,单片机电路控制部分实现计数脉冲的获取和电机的控制。该系统可按预先设定的方式控制电机,实现了视频显微镜的电控变倍和自动调焦,可满足部分工业生产过程在线自动检测的要求,同时为机器视觉检验提供了一种可行的方案。     

手持激光测距仪的光路设计

介绍了手持激光测距仪的光路设计,该光学系统由激光发射、瞄准和激光接收光路等组成,采用短焦距、小孔径、二合一光路布局。重点研究了激光测距仪测距能力的估算及有关参数的确定．测距仪观察光路设计及像差,激光发散光路和激光接收光路设计。该手持式激光测距仪系统具有体积小、重量轻、测程远、操作简便、测距误差小、密封性能好、可靠性高等特点。     

大容差中波红外激光通信终端光学天线研制

为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ (λ=4.7 μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。     

临界角法激光直写聚焦伺服系统静态特性研究

为同时提高金属网栅屏蔽效率及红外透过率,要求激光直写线条细且均匀.而工件面型误差、光刻胶涂布不均匀性、机械轴系误差等会造成写入焦斑离焦,影响线条线宽及均匀性.需引入聚焦伺服系统来实时探测并补偿离焦,确保写入光束实时聚焦在光刻胶面上.给出了临界角法调焦的原理,搭建了由探焦光路、离焦信号前放、压电陶瓷微位移执行机构组成的聚...     

一种用于测试光盘记录介质记录特性的弹性支承振动台

基于光盘的读写原理,提出了采用弹性支承振动台代替光盘系统中精密回转台,以实现在没有自动调焦和轨迹跟踪伺服系统情况下对光盘记录介质进行动态检测的简单方法。以TeSeIn相变光盘记录介质为例进行了检测,结果表明这种方法是简单可行的。