基于DMD的红外目标模拟器光学系统的设计

介绍了DMD的工作原理以及相应的红外景象模拟技术的特点,设计了一种工作在8-12μm波段的红外目标模拟器。对系统整体进行建模、分析,DMD表面照度均匀。投影系统采用四片式结构,焦距405mm。MTF在10lp/mm处大于0.5,弥散斑均方根半径小于衍射极限,系统畸变控制在0.5%以内。该系统结构紧凑,性能良好。     

基于DMD的红外双波段景象模拟投影光学系统设计

本文针对动态红外景象模拟的应用需求,设计了基于数字微镜器件（DMD）的共轴红外双波段（中波3~5μm和长波8~12μm）景象模拟投影光学系统。该系统结构简单,仅由4片球面透镜和1个投影棱镜组成,使用Ge、ZnS和ZnSe三种普通红外材料校正红外双波段色差。在截止频率17lp/mm、像距5.1mm时,红外中波的调制传递函数（MTF）大于0.7;红外长波MTF大于0.4,接近衍射极限,像质优良,满足红外景象模拟器的总体设计要求。     

月球模拟器光学系统设计

针对传统的月球模拟器的辐照特性差、体型巨大、成本较高等缺点,本文应用液晶光阀技术设计了一种新型的月球模拟器,并重点对月球模拟器光学系统进行了研究。选用LCOS芯片作为模拟光源的调节器件,采用偏振分光棱镜将照明光源发出的光变为偏振光,通过控制系统对LCOS芯片的控制,利用LCOS芯片的反射特性对偏振光进行调节,实现了不同有效通光孔径的模拟,通过光学系统对LCOS反射光进行优化,将出射光调制成像质不失真的月相,可以模拟不同的月相及辐射特性。相对传统月球模拟器,采用LCOS器件的月球模拟器有效的提高了控制精度与模拟能力、减小了模拟器体积。仿真结果表明：设计的月球模拟器光学系统可以满足设计要求,并且亮度不均匀性好。     

基于均匀照明的光学器件研究

采用非成像和自由曲面设计方法,对反射器和透镜这两类光学器件进行了二次光学设计和研究,获得了具有均匀圆形照明特性的光学器件.通过编程计算构造出光学器件的几何轮廓,并对光学器件模型进行了模拟仿真,获得了良好的均匀圆形照明光斑.设计出的二类器件其圆形照明面照度均匀性均达到90%以上,适合于对均匀性要求较高的室内照明.该设计为实现大功率LED均匀照明提供了一种有效的设计途径.     

基于DMD的红外双波段景象投影光学系统设计

描述了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象投影系统的基本原理,设计了一种准直投影光学系统.此光学系统采用透射式,工作在(3~5)μm和(8~12)μm双红外波段,焦距为480 mm,相对孔径为1∶3.2,半视场角为1.3°,入瞳距为240 mm.最后对设计结果进行了分析,给出系统的调制传递函数曲线,表明光学系统的像质满足使用要求.     

基于DMD的数字光刻定焦变倍投影系统设计

随着数字光刻技术的快速发展,基于数字微镜器件(DMD)的光刻技术受到微纳加工及相关行业人员的广泛关注。为实现基于0.9WQXGA型DMD的数字光刻,同时为避免投影系统与照明系统存在重叠空间,为满足数字光刻时不同幅面尺寸和精度的需求,设计了具有分束棱镜的投影系统。镜头的有效焦距50mm,相对孔径1/3,像高11.6mm,光学总长142mm,工作波段395～415nm,后工作距为27～29mm,整个投影系统为像方远心系统,可将DMD放大10～15倍。在70lp/mm处,所有组态视场的MTF值都大于0.55,畸变绝对值都小于0.5%。此设计结果像质优良、结构紧凑、符合实际数字光刻使用要求。     

实时低轨卫星移动通信信道模拟器设计

提出一种能够模拟低轨卫星实际运行过程中信道特性的信道模拟器方案,通过计算机仿真,该模拟器与理论统计特性非常近似,并完成了该信道模拟口的硬件设计工作。该信道模拟器可作为低轨卫星移动通信研究的有效工具。     

利用微分方程数值解构造自由曲面反光器

为在特定平面上得到均匀照明，构造了一种自由曲面反光器.根据已知的光源发光特性和所需实现的照明面上的光分布，基于理论模型，结合立体坐标系和能量守恒定理，推导得到微分方程组.采用差分法求解微分方程组得到自由曲面反光器的面形数据.对得到的曲面进行了光线追迹模拟，光源分别采用均匀发光的点光源和面光源.模拟得到的照明面为旋转对称的圆形，两种光源的照明均匀性均接近90％，面光源的均匀性更高.通过单一自由曲面反射器实现均匀照明，不依靠方棒、复眼透镜等器件，有助于实现整个照明系统的小型化.     

高帧频红外数字场景产生器硬件系统的设计与实现

研究了高帧频红外数字场景产生器硬件系统的设计和实现,重点阐述了PCI总线控制器的设计和工作流程,提出了采用多级查找表实现红外探测器的非均匀特性。对所实现的高帧频红外数字场景产生器进行的实际测试表明,该场景产生器具有帧频高、输出红外图像的非均匀特性和其他参数可变等特点。     

一种磁控忆感模拟器的设计及其特性分析

记忆器件的出现为电路设计提供了新的方法，由于目前尚无法获得实际的记忆器件，所以研究人员通常通过搭建电路模拟器的方法对其进行研究。本文直接从忆感器的定义出发，建立了一种磁控忆感器的数学模型，采用通用电路元器件设计了一种不包含忆阻器的磁控忆感“浮地”电路模拟器，并采用Matlab和Multisim混合仿真的方法，给出了在不同交变信号激励以及不同参数下磁控忆感电路模拟器的系统级仿真实验，结果表明:所设计的磁控忆感器具有磁通－电流之间的自收缩磁滞回线特性，是一种具有记忆特性的非线性电感，这与理论概念上的忆感器特性相吻合，从而为忆感器在电子学领域产生新的应用电路提供了器件模拟实体。     

基于微镜阵列器件的反射式空间光调制器

为了实现数字微镜器件（DMD）在空间和时间上的精密控制,提出了一种基于单片微镜阵列器件投影系统的反射式空间光调制器的改进方案.通过对单片DMD投影系统进行软、硬件改进,达到用计算机控制DMD投影系统,使投影系统输出数字视频信号间接控制DMD器件中微镜阵列的目的,系统将静态图像在时间上组合,实现了可由程序控制的动、静态兼容的DMD反射式空间光调制器.结果表明,调制器可以精确控制到单个DMD像素,调制频率最高可达60 Hz,改变频率和占空比均可实现分级控制.     

一种基于单张图像的烟雾检测算法

为了提高烟雾检测的准确性,有效排除图像中类似烟雾的区域,降低由于环境和光照不同而产生的误检率,提出一种基于颜色矩并结合邻近算法进行分类学习的方法,对图像中的烟雾进行检测,该算法能克服光照不同、背景复杂的干扰,有效消除疑似烟雾区域的存在。算法由两部分构成：烟雾颜色矩特征的提取和利用邻近算法对特征数据集进行分类学习,自动找出并正确标记新的测试图像中烟雾区域的位置。     

基于数字微镜装置的结构光照明层析成像

在结构光显微系统中使用可编程数字微镜装置代替压电驱动的光栅,产生稳定可靠的结构光照明.为避免数字微镜装置本身的像素化结构对成像的影响,系统中引入一个低通的空间光调制器,以滤除经过数字微镜装置后产生的高级(±2nd及以上)衍射光.此时在样品上形成的结构光不再是单一频率的余弦光栅图案,传统结构光显微成像中通过光栅3步相移成像获得层析图像的方法不再适用.新算法通过5步相移得到5幅源图像,也可重构出层析图像.结果表明,传统荧光图像中几乎不能分辨的某些精细结构,在重构的层析图像中能够清晰地分辨出来.     

基于DMD成像控制系统的研究

基于数字微镜器件DMD的工作原理,提出一种应用于激光防护的DMD成像控制系统,利用DMD对光的调制作用,来保护光电成像器件CCD不受激光致盲武器的干扰或破坏。介绍了DMD的工作原理,并从整体上分析了DMD成像控制系统的结构。DMD系统控制和CCD图像采集上进行了软件设计,实现了CCD通过Camera Link图像采集卡采集图像数据及干扰激光光斑的识别。在DMD和CCD像素对应问题上,采用了相移莫尔法的调校方法,通过分析莫尔条纹的相位分布来实现像素的一一对应。最终通过DMD调制后的图像可以清晰看出,系统有效地识别了激光光斑及对DMD的控制,抑制了图像产生的饱和现象,达到了排除干扰激光保护光电成像器件的目的。     

基于kinect的物体抓取场景认知

针对RoboCup竞赛家庭组比赛对物体抓取的要求,研究了物体抓取场景认知问题。设计了一种基于kinect的物体抓取场景认知系统。先将kinect传感器得到的深度图像转换为3维(3D)点云图,然后计算每个3D点所在曲面的局部法向量,再根据法向量和距离特征分割提取出水平桌面;采用3D点与水平桌面的位置关系分离出潜在的抓取物体目标点,选择随机抽样一致(RANSAC,Random Sample Consensus)算法完成圆柱形抓取物体的定位。使用实验室采集的场景深度图对认知系统进行测试。结果表明,设计的系统可以可靠提取水平桌面和桌面上的圆柱形物体,可以达到物体抓取比赛的要求。     

基于改进Census变换的单目视觉里程计

针对直接法视觉里程计在光照变化场景下的失效问题,提出基于改进Census变换的单目视觉里程计,向量Census变换半直接单目视觉里程计（VC-SVO）. Census变换是立体视觉领域中非参数变换的一种,可以有效减少光照变化对图像的影响. 将Census变换引入SLAM中的后端优化,改变传统Census变换的形式,转换到欧氏空间中表示,并采用新的误差计算方法. 在SVO算法中增添非平面假设模型,扩展SVO算法并融合改进后的Census变换,通过最小化地图点的Census变换误差来得到更准确的相机位姿,同时构建环境地图. 在EuRoC、New Tsukuba Stereo与TUM公开数据集上的图像实验表明,VC-SVO实现了光照变化情况下的位姿估计,验证了算法的有效性. VC-SVO算法的精度和鲁棒性要优于已开源的SVO和基于直接法的大范围定位和地图构建（LSD-SLAM）算法.     

数字光处理投影系统成像质量测量方法

介绍了数字光处理（DLP）投影系统的工作原理，提出了基于光学调制传递函数（MTF）的成像质量测量方法.利用绿场传感信号探测数字微镜器件（DMD）的快速翻转，并实现数字微镜器件翻转、电荷耦合器件（CCD）曝光时间和图像采集三者之间的严格同步.对数字微镜器件图像在x、y两个方向上进行快速傅里叶频谱分析，根据其二阶调制传递函数幅值提出了3个评价指标，分别反映数字光处理投影系统中像质的最差值、平均值以及离散度.实验结果表明，该方法的设计思路合理可行，成像质量测试系统具有良好的精度和稳定度，可以为数字光处理投影机的质量控制提供有效的评估手段.     

基于四象限探测器的红外导引头目标捕获和跟踪系统

设计的红外导引头主要为激光半主动制导半实物仿真系统的目标捕获装置,它的性能直接影响整个半实物仿真系统的定位精度。首先在详细分析了导引头的性能指标基础上设计一套红外导引头的光学系统,并用ZEMAX验证了光学系统设计的可行性;同时设计了四象限探测器的处理及采集电路,实现了目标方位信息的捕获;最后结合三轴运动转台的控制实现了目标的跟踪。本系统经实验验证能够在实验室环境下完成对激光目标模拟器的捕获和跟踪。     

空间编码三维视觉传感器的研究

本文介绍了空间编码三维视觉传感的结构与测量原理,并针对它在测量物体的三维信息中所存在着的投影点和像点的对应不够准确的问题,提出了一种三维视觉传感用的结构光空间编码的新方法,解决了被动视觉传感匹配难的问题.通过投影仪将一空间编码图片投射到物体表面,经物体几何形状调制的图案被面阵CCD摄像机接收,然后通过计算机测控系统就可以得到物体三维信息.实验结果表明:采用此种空间编码新技术,仅用一幅图像且不需对摄像机进行标定就可以对物体三维信息进行动态测量.