实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计

根据LED光源的辐射特性和照明平面的照度分布要求,利用网格法分配LED光源的能量,并且与照明平面上的能量小块相对应,建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系.设定反射器的初始点坐标后,根据对应关系迭代计算反射器的自由曲面上其它点的空间坐标.把点坐标文件导入机械建模软件,并且保持各个点坐标的法向量拟合成曲面实体.在光学软件中对反射器光学系统进行照明模拟,结果说明通过自由曲面反射器作用于LED,可以在目标路面上形成均匀照明的矩形光斑.     

基于误差反馈的LED阵列近场光强检测

发光二极管(LED)在机场、铁路等领域作为信号光源,通常采用多个LED组成阵列的方式。传统方法为拆卸后送入实验室中进行检测,此时无法获得光源在工作现场的状态且使得整个检测周期较长,针对上述问题提出一种基于照度误差的方法。在现场的近场区域内移动照度探头采集照度数据;再对各LED预设光强分布,计算此光强分布下在各测量点形成的照度与利用照度探头实际测量得到的照度的误差并根据此误差来更新设置的光强值,多次迭代至误差足够小;最后将此时计算得到的每个LED的近似光强分布进行叠加用于计算整个LED阵列的光强分布。通过该方法可以在现场快速准确检测灯具光强分布的同时,保障整个检测系统的设计能够便携。通过实验验证,所提方法在不同情况下能够完成光强检测,匹配度达到93%以上。     

LED光照度叠加特性分析

计算LED光源对视场内的照射强度是设计均匀性光源的基础,也是视觉检测系统获得高质量图像的关键要素之一.本文以实验结果分析为依据,研究LED光的照度叠加特性.建立了单个LED光照模型,给出了单个LED照射条件下视场内任一点的照度计算方法;基于建立的单个LED光照模型,研究出两同色LED光的叠加特性,并给出了两同色LED光照射时视场内任一点的照度计算方法;为验证该方法的有效性,对3个LED光进行叠加实验,并在视场内任意选取20个点.实验结果显示:1根据本文所提方法求得的灰度值与真实值间的总体偏差为1.085,说明两者一致性良好;2 3个LED光照度叠加可看成其中两个LED组合成一个LED,再与另一个LED进行照度叠加;同理,n个LED光照度叠加可看作是由单个LED两两叠加后,再进行重复的叠加计算.     

手指静脉识别系统矩形阵列光源特性分析及优化设计

手指静脉图像质量的高低直接影响手指静脉的识别效率。针对单个近红外LED的光照均匀度相对较差,如何利用多个近红外LED构造一个高质量的光源进行了研究。讨论了矩形阵列光源的结构、空间、形状等参数对静脉图像影响,利用斯派罗法则对各种参数极值找出最优解,再结合手指个体的差异和指型特性,设计照度面为25mm×25mm矩形光源阵列。通过对比实验,利用最优参数设计的阵列光源,能够采集到高质量的手指静脉图像,为手指静脉采集设备光源设计提供参考,同时为后续的手指静脉图像的识别打下基础。     

基于成像式照度探测的光源光强分布测量

基于成像式照度探测的光源光强空间分布特性测量方法以其量值准确、大幅消除背景光干扰等优点,受到人们的广泛关注。本文根据成像式照度探测原理设计了一套光源光强空间分布特性检测装置,通过实验测试了该检测系统,并总结了测量位置与光强空间分布测量误差之间的关系。该系统具有很好的实用价值。     

带钢表面划痕缺陷视觉检测照明系统分析

本文针对带钢表面划痕缺陷,以常见的面阵LED作为光源搭建低角度、暗域照明系统,同时基于照明系统推导出在一定照明区域中光照度函数表达式,同时对单个LED发光强度曲线进行了拟合,得出其光强分布函数,基于该函数对照明系统进行建模,利用Tracepro光学软件对照度函数中进行了仿真,分析其中参数β、S与照明均匀度△E之间的关系,为视觉检测照明系统的搭建提供了相应的依据,并最终通过照明实验对仿真结果进行了验证.     

空间能量分区映射的LED照明透镜设计

本文设计并验证了一种基于光源立体角—目标照明空间分区映射的LED照明透镜,在目标平面上实现了高效率的均匀照明。基于对光源辐射能的微分和屏幕预期的照度能量分布之间建立映射关系,构建出透镜曲面特征的偏微分方程,反向地求解出实现该能量传递方案的透镜结构。设计实例中,光源采用1.2 mm×1.2 mm的LED芯片,照明透镜将预定空间立体角内99%以上的能量整形为均匀性为91.67%的有效目标照明。结果与理论相互符合,证明了这是一种行之有效的设计方法。     

浅谈LED路灯光学设计与分析

LED全称发光二极管,而LED路灯的光学设计对LED灯的照明状态起着关键的作用。良好的LED路灯照明需要达到常规路灯的均匀矩形照射就必须对LED的配光设计和光源选择进行合理地分析。本文将通过概述LED路灯相比于传统路灯照明的优势和缺点,分析LED路灯的配光设计方法和光源的选择以及透镜的设计和仿真测试。以此为LED路灯的实现和普及工作提供一定参考。     

自由曲面LED配光设计

自由曲面灵活的空间布局和设计自由度,能够简化光学系统的结构,提高照明效果。本文介绍了自由曲面的应用以及发展现状、构造光学自由曲面的原理,并给出了求解自由曲面面型、光学追迹模拟与结果分析的实例,发现对LED光源的自由曲面透镜设计中,需要对目标面照度进行一定的过校正。     

光学成像法测量细丝直径的误差及照明方式分析

分析了细丝表面对背景光源反射成像的现象 ,导出了光学成像法测量细丝直径的误差公式 ,证明误差与照明光源的辐射角有关 ,发现当照明光源的辐射角与成像系统孔径角相等时 ,误差将消除     

Three-dimensional integral display using plastic optical fibers

A novel approach to an integral imaging system using a pliable plastic optical fiber array is proposed. The proposed system has the advantage that it can utilize a light source for three-dimensional (3D) images at an arbitrary location because the point light sources are formed by the plastic fiber array with flexible optical paths. Two-dimensional images can also be expressed in the proposed system. The light efficiency of this system is high compared with previous point light source array integral imaging systems. The feasibility of the proposed method is explained and demonstrated with experiments.     

Laser speckle reduction by multimode optical fiber bundle with combined temporal, spatial, and angular diversity

We report significant speckle reduction in a laser illumination system using a vibrating multimode optical fiber bundle. The optical fiber bundle was illuminated by two independent lasers simultaneously. The beams from both lasers were first expanded and collimated and were further divided into multiple beams to illuminate the fiber optic bundle with normal and oblique incidence. Static diffusers were also placed at the input and output faces of the fiber bundle, thus introducing the spatial as well as angular diversity of illumination. Experiments were carried out both in free space and in imaging geometry configuration. Standard deviation, speckle contrast and signal-to-noise ratio of the images were computed, and the results were compared with those of white light illumination. Speckle contrast close to that of white light was obtained using a vibrating fiber bundle with combined temporal, spatial, and angular diversities of the illumination.     

Projection display for the generation of two orthogonal polarized images using liquid crystal on silicon panels and light emitting diodes

We present a projection system that is capable of two-dimensional and three-dimensional image display. A novel projection architecture is discussed that can simultaneously generate two linear polarized full-color images with orthogonal states of polarization using only one optical system. Both images are modulated by using two high-resolution liquid crystal on silicon panels that are illuminated with high-power light emitting diodes. The optical core and the illumination system are simulated, characterized, and optimized with nonsequential ray tracing software. A proof-of-concept demonstrator of the entire projection system is built and characterized. Important component specifications are discussed to improve the system performance.     

车灯模组的照度检测研究

针对在车灯模组的照度检测过程中,车灯模组照度图像采集时由于摄像系统安装位置产生的畸变问题,采用平面模板法,通过畸变校正算法对系统进行畸变校正,减小因图像坐标位置失真造成的测量误差;针对摄像系统像面照度不均匀性对图像灰度值的影响,通过照度均匀度校正实验获取摄像系统的校正系数后,采用基于麦夸特法与通用全局优化算法结合的曲面拟合法对校正系数进行处理,得到像素坐标与校正系数的函数模型,实现图像灰度值的校正。对校正后的摄像系统进行灰度-照度标定,建立灰度-照度关系,提高车灯模组照度检测的精度。实验结果表明:车灯模组照度检测的误差基本控制在10%以内,重复性误差小于1%,具有较高的准确性和可靠性。     

Automated optimization of an aspheric light-emitting diode lens for uniform illumination

In this paper, an automated optimization method in the sequential mode of ZEMAX is proposed in the design of an aspheric lens with uniform illuminance for an LED source. A feedback modification is introduced in the design for the LED extended source. The user-defined merit function is written out by using ZEMAX programming language macros language and, as an example, optimum parameters of an aspheric lens are obtained via running an optimization. The optical simulation results show that the illumination efficiency and uniformity can reach 83% and 90%, respectively, on a target surface of 40 mm diameter and at 60 mm away for a 1×1 mm LED source.     

基于FCM优化的平面阵列电容成像算法

为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出了一种基于FCM数据优化的成像算法。根据平面阵列电极电容数据的特点,为减小电容测量误差对介电常数的影响,利用FCM算法对测量电容值的不断收敛以实现数据优化的作用,在减弱噪声的同时提高电容值数据的稳定性。在此基础上,对一种隔热材料胶层进行缺陷检测实验,使重建图像的相关系数得到了提高,减小了图像重建误差。实验结果表明:图像重建结果的优化算法可获得更加稳定、有效的电容数据,胶层缺陷图像重建精度具有较大提升。     

基于频域互相关的LED晶粒阵列快速视觉检测

为了满足LED晶粒视觉检测的实时性要求,提出了一种频域互相关的快速模板匹配方法。首先通过一种递推求和算法将LED晶粒阵列图像的灰度在空间域进行归一化处理,然后利用快速傅里叶变换到频率域进行模板与LED晶粒阵列图像的互相关运算,快速定位所有LED晶粒的像素坐标。对于清晰的二值晶粒图像,可以省去归一化处理,检测效率更高。实验结果表明:对于复杂结构的LED晶粒,检测效率远高于传统的NCC模板匹配,比常用的序贯相似检测（SSDA）算法效率提高1倍以上。该方法能够用于各种LED分选或固晶系统中的晶粒检测。     

精密微小型零件自动装配系统显微机器视觉的照明自动优化

为了在微小型零件装配过程中始终获得质量最佳的零件图像,对显微视觉照明光强的自动优化问题进行了研究。为实现对零件的轮廓边缘与表面细节的照明,基于同轴光源与环形光源开发了照明自动控制系统。对比分析了四种图像质量评价函数的照明优化性能,提出了基于Roberts梯度和函数的图像质量评测方法,并应用于研制的装配系统。装配实验结果表明,光强优化过程快速准确,光强优化后目标边缘的对比度显著增强,消除了零件误识别现象,满足微小型零件高精度装配自动化的要求。     

Optofluidic Tomography on a Chip

Using lensfree holography we demonstrate optofluidic tomography on a chip. A partially coherent light source is utilized to illuminate the objects flowing within a microfluidic channel placed directly on a digital sensor array. The light source is rotated to record lensfree holograms of the objects at different viewing directions. By capturing multiple frames at each illumination angle, pixel super-resolution techniques are utilized to reconstruct high-resolution transmission images at each angle. Tomograms of flowing objects are then computed through filtered back-projection of these reconstructed lensfree images, thereby enabling optical sectioning on-a-chip. The proof-of-concept is demonstrated by lensfree tomographic imaging of C. elegans.