刀具几何参数光学测量系统设计与分析

设计了一套用于刀具几何参数精密测量的光学检测系统.该系统利用物方远心光路、柯勒照明等手段对刀具检测仪器中的传统光学成像方式进行了改进,保证了被测刀具成像精度.通过光学计算和误差分析,系统测量误差小于±1.4 μm.将该套装置应用到刀具几何参数的测量仪器中,实验测试数据表明仪器的测量精度达到±2μm.     

一种新型大尺寸长度校准装置的研制

介绍了一种新型的大尺寸长度校准装置,该装置解决了激光干涉仪等高精度大尺寸长度测量仪器的实验室校准与溯源问题.通过采用三路相干光进行测长,根据两辅助光路与主光路的测长偏差计算阿贝角,实现了阿贝误差的实时补偿.利用标准双频激光干涉仪测试了阿贝误差的补偿精度,35 m测量范围内的比对误差小于±3μm.测量精度达到了单光路同轴测量的水平.     

用于大截面传像光纤束的折衍混合光学系统设计

在大截面传像束前置光学物镜设计中,采用“负-正”型式的像方远心光路结构,很好地解决了镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化。给出了前置物镜设计实例:工作波长0.8~1.1μm,焦距5mm,相对孔径为1:3.84,光学长度为47mm,视场角为60°。在光学耦接镜设计中采用物方远心光路结构,引入二元光学透镜,通过理论计算和ZEMAX光学软件优化,给出工作波长0.8~1.1μm,焦距33.6mm,光学长度为63.5mm,采用一个衍射面的耦接镜设计实例。该设计结果适用于单丝直径16μm,截面直径6mm的光纤传像束。     

柱塞主缸密封凹槽表面缺陷检测系统

汽车柱塞主缸凹槽表面缺陷导致柱塞主缸密封性能不良,进而影响汽车制动性能。由于主缸口径小、半封闭,内侧凹槽缺陷难以检测,因此设计360°锥面镜对内侧凹槽360°全景成像,并由视觉传感器采集图像。二维伺服电机驱动系统实现锥面镜在缸体内的上下移动和主缸工件的自动旋转,完成锥面镜在主缸内侧4个凹槽的精确定位以及工件旋转角度的准确定位。系统配合NI Assistant图像处理技术,实现环状图片的矩形展开及自动拼接,经标定后采用投影变换、孤立点面积阈值处理以及对象长宽比阈值处理等图像处理方法实现缺陷检测。检测得到X、Y方向像素当量均小于0.1 mm,且准确识别砂眼、划痕等缺陷。该方法快速稳定,可提高工业检测效率。     

射线数字成像检测仪的光电系统设计

设计了射线数字成像检测仪的光电系统,包括转换屏、光路、CCD相机以及计算机处理电 路等。采用CsI(Tl)单晶闪烁体将X射线图像转换为可见光图像,用科学级CCD将光图像转换为电信号,利用计算机并行口对图像进行采集. 实验结果证明图像质量优于像增强器组成的成像系统,适用于要求高质量成像检测的场合。     

制动皮碗装配方向检测系统

汽车制动皮碗装配方向错误会使主缸密封性能不良,进而影响汽车制动性能。制动缸为半密封工件,成像较难,故使用锥面镜对安装好的皮碗全景成像。视觉成像中,皮碗方向不同,光的反射角度不同,具有不同特征,故配合NI Assistant图像处理技术编译图像处理算法,通过圆心检测、全景图像双线性插值法展开,矩形图像融合拼接、灰度值投影等算法处理图像,设定灰度和比例系数K判别皮碗方x向。测试结果准确率高,测试的200张图像中,仅误判一张,基本满足工业检测需求。     

像方远心航拍数码相机镜头设计

为了提高CCD的灵敏度,制造商在CCD上增加微透镜阵列以提高其量子效率.由于微透镜对光线有汇聚作用,要求像方光线入射角不能太大.普通镜头需增加后截距来减小光线像方入射角度,使总长度增长,且效果并不理想.本文提出采用像方远心光路设计航拍数码相机镜头,使镜头边缘视场的像方光线都几乎以0°出射,解决了带微透镜阵列的数码相机对...     

基于射线像增强器和视频相机的数字成像检测系统研制

目的 研制低成本、功能强的射线数字实时成像检测系统。方法 根据笥能要求选择射线像增强器、CCD视频相相、图像采集卡等主要部件,设计光路和软件完成成像系统。结果 研制了完整的系统,性能达到了设计的要求,结论 本系统成本低,特别适用于生产流水线产品在线实时检测。     

基于射线像增强器和视频相机的数字成像检测系统研制

目的　研制低成本、功能强的射线数字实时成像检测系统 .方法　根据性能要求选择射线像增强器、CCD视频相相、图像采集卡等主要部件 ,设计光路和软件等完成成像系统 .结果　研制了完整的系统 ,性能达到了设计的要求 .结论　本系统成本低 ,特别适用于生产流水线产品的在线实时检测     

基于ARM的火焰温度图像测量系统

火焰温度是燃烧过程的重要指标。为实现火焰温度的实时动态测量,设计一套基于ARM的火焰温度图像测量系统,其中包括图像采集与处理电路,并在此基础上开发相关软件,可实现火焰图像的采集、图像的预处理分析,最终获得二维火焰图像温度分布、最高温度、平均温度等参数,并可以在自带触摸屏上实现人机交互。为提高系统测量精度,在该系统中加入一套双光路成像系统,从而使每条光路实现单波长的光能成像。实验结果表明:该系统能实时准确地进行二维火焰温度的测量,采样频率最高30张/s,同时系统具有稳定性好、功耗和成本低等优点,可以大量应用到各类对温度监测响应要求较快的火焰监控现场。     

空间光学相机调偏流机构设计

为了减小偏流角对空间光学相机成像质量的影响,分析了偏流角对空间光学相机成像质量的影响,对偏流角产生的原因及其像移补偿原理进行了研究。根据某空间光学相机的特点,采用在相机上设计调偏流机构的方法进行偏流角的补偿。通过几种常用的调偏流机构的比较,确定了采用双向丝杆螺母驱动的调偏流方案实现焦平面偏流角的调整。对调偏流机构进行了有限元分析,分析结果表明调偏流机构具有较高的刚度和动态强度。对调偏流机构进行了振动试验,并在试验前后进行调偏流机构精度的闭环检测,检测结果表明调偏流机构精度优于1′,调偏流机构偏流角调整范围为+5°～-5°,满足设计要求,实现了高精度的偏流角补偿。该调偏流机构具有强度高、刚度高、结构紧凑、稳定性好等优点。     

Measurement and calibration of interferometric imaging aberrations

Phase-shifting interferometry is the standard method for testing figure error on optical surfaces. Instruments measuring spheres and flats are readily available, but the accurate measurement of aspheres requires null correction. One problem with the general (nonull) testing of aspheres is the loss of common path. Systematic errors are introduced into the measurement by the fringe imaging optics. The sources and types of error are reviewed, as well as their effect on a wave-front measurement. These nonnull errors are predicted generally, with third-order analytic expressions derived for a tilted or a defocused test surface. An interferometer is built to test the expressions. The imaging system is a single lens, nominally image telecentric. Measurements are performed on a test surface defocused from -5 to 5 mm. The resulting measurement bias is shown to be in good agreement with third-order aberration theory predictions.     

Design and implementation of optical system for Placido-disc topography

Corneal topography provides powerful support in the diagnosis and treatment of corneal disease by displaying the corneal surface topography in data or image format. To realize the precise detection of corneal surface topography, an optical system for the corneal topography that is based on a Placido disc is designed, which includes a ring distribution on a Placido disc, an imaging system and a collimating illumination system. First, a mathematical model that is based on the corneal topography working principles is established with MATLAB to determine the distribution of white-and-black rings on the Placido disc, in which the ellipsoid facial rings-target of the Placido disc is utilized. Second, the imaging lens structure is designed and optimized by Zemax software. Last, the collimating illumination lens structure is designed by paraxial ray trace equations. The quality of the corneal topography, which is based on our designed optical system, is evaluated. The high-contrast image of uniformly distributed white-and-black rings is observed through the CCD camera. Our optical system for the corneal topography has high precision, with a measuring region of the cornea with a diameter of approximately 10 mm. Therefore, the creation of this optical system offers guidance for designing and improving the optical system of Placido-disc topography.     

一种新型光学快速自动聚焦系统

为满足基于机器视觉的工业检测系统中对自动对焦快速性的要求,提出了一种基于激光技术的新型嵌入式高速对焦系统.该方法利用在同一光路中激光与可见光互不影响的特性和DSP高速图像处理的能力,通过检测特殊设计光学回路反射回来的激光光斑信息,主动控制运动执行机构实现工业检测系统显微镜的快速和稳定对焦.该对焦方法改善了TFT-LCD光学检测系统中基于被动的图像处理和基于主动测距等传统对焦方式精度低和速度慢等缺陷.测试结果表明,该新型对焦系统极大的缩短了对焦的时间,并且提高了对焦系统的控制精度,满足了工业光学检测系统中实际应用的要求.     

成像光学工程面临的光学问题

文章简单论述了现代成像光学主要领域的情况,指出非球面反射系统是发展的必然趋势。讨论了加工与检验方面的基本情况及应着重深入研究的问题。对镜坯材料也提了一点看法。     

基于显微光学成像的微细纤维测量识别系统光源优化研究

显微光学成像的纤维识别系统的照明光源,对成像质量有很大影响。由于单个LED光源发光功率有限,且在照射面的光分布不均,导致系统采集到的微纳米级纤维(单丝平均直径15～40μm)图像模糊,影响测量与识别结果的准确性。根据LED的光学特性,对系统的照明光源进行优化设计,设计了3种不同的LED平面光源阵列,并根据LED阵列光源在照射面上的照度表达式,仿真模拟给出LED阵列的照度分布,并以实验进行验证,对系统实际检测的图像进行图像识别处理和图像参数峰值信噪比评价,给出优化结果。研究结果表明,优化后的LED平面光源阵列有效地解决了照度不均导致的微细纤维图像模糊识别不清的问题,优化后得到的纤维样品图像边缘清晰,有效提高了系统检测纤维样品的图像质量,为微细纤维测量识别与研究提供了新的途径。     

高分辨率多屏平动体积显示系统

描述了一种基于多屏平动扫描的高分辨率体积显示系统及其原理样机。通过 DMD向多个圆周平动的成像屏投射二维图像序列,借助人眼视觉暂留效应,此动态刷新的二维图像序列被感知为一个具有物理景深的三维图像。其光学投影模块保证了投影仪与成像屏之间的光程不变,从而构建了清晰稳定的成像空间;采用 FPGA设计高速数据通道,带宽达到了 18.75 Gbps,使得每个三维体积帧包含 512个二维图像切片,总体素超过 4亿,刷新频率达到 12 Hz。成功研制了原理样机,达到了预期的三维显示效果。     

物像远心成像光路在高精度视觉检测中的应用

本文讨论了一种可实用的物象组合远心成象光学系统和原理，以及相关的ＣＣＤ测量系统。通过在物象远心光路的重合焦点处进行适当的滤波，可以获得视角和放大率在视场各点恒定的光学特性。该方法适合于在一个测量视场的多测量面不重合问题，以及测量对象的相对位置实时变化等视觉测量问题。     

Three-dimensional optical tomography: resolution in small-object imaging

Near-infrared (NIR) optical tomography provide estimates of the internal distribution of optical absorption and transport scattering from boundary measurement of light propagation within biological tissue. Although this is a truly three-dimensional (3D) imaging problem, most research to date has concentrated on two-dimensional modeling and image reconstruction. More recently, 3D imaging algorithms are demonstrating better estimation of the light propagation within the imaging region and are providing the basis of more accurate image construction algorithms. As 3D methods emerge, it will become increasingly important to evaluate their resolution, contrast, and localization of optical property heterogeneity. We present a concise study of 3D reconstructed resolution of a small, low-contrast, absorbing and scattering anomaly as it is placed in different locations within a cylindrical phantom. The object is an 8-mm-diameter cylinder, which represents a typical small target that needs to be resolved in NIR mammographic imaging. The best resolution and contrast is observed when the object is located near the periphery of the imaging region (12-22 mm from the edge) and is also positioned within the multiple measurement planes, with the most accurate results seen for the scatter image when the anomaly is at 17 mm from the edge. Furthermore, the accuracy of quantitative imaging is increased to almost 100% of the target values when a priori information regarding the internal structure of imaging domain is utilized.     

基于DMD的并行共焦图像处理方法研究

在并行共焦测量中,用于构造点光源阵列的光分束器件普遍存在参数固化、对不同测量对象适应性较差的缺点。将数字微镜器件（DMD）作为光分束器件应用于并行共焦测量,可以控制DMD构造柔性化点光源阵列,应对不同的测量场合。推导了DMD的空间光调制模型,规避了“泰伯效应”对并行共焦测量的影响,设计了可抑制光点横向漂移的远心光路,构建了基于DMD的并行共焦测量装置,对比了两种不同的并行共焦图像处理方法。实验结果表明,在没有设置高数值孔径物镜组的情况下,测量装置的纵向分辨率受到一定影响,但所设计的图像处理程序能够快速、准确地获取被测物面的形貌特征。