数字微镜器件光谱成像技术进展

数字微镜器件（DMD）作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件，广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域，DMD能够对成像视场进行精细可控的调制，从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。综述了近年来DMD在光谱成像领域的研究进展和应用情况，详细论述了基于DMD的编码孔径和推扫式光谱成像系统的光学系统基本结构及工作原理；梳理了基于DMD的光谱成像系统从哈达玛变换光谱成像到推扫式光谱成像的发展脉络；详细介绍了研究人员为克服DMD微镜的衍射以及像面倾斜等像差所做的相关研究工作。最后，总结了基于DMD的光谱成像技术的独特优势，讨论了基于DMD的光谱成像技术未来的发展方向与应用前景。     

数字全息图微缩输出系统设计

在研究全息图性质的基础上，提出利用拼接技术实现数字全息图输出的缩微系统。系统将数字全息图按顺序分幅，并逐幅输入透射型空间光调制器（SLM），使数字全息图经光学缩微照相系统记录在介质上。阐述了数字全息图微缩自动输出系统的构成及工作原理，给出了输出系统各器件的技术指标。实验结果表明，该系统性能稳定，工作可靠，分辨率高，噪声低。     

三维动态合成全息图自动拍摄系统研制

构建一个基于计算机控制的三维动态合成全息图的拍摄系统,实现了三维动态合成全息图拍摄的自动化控制,解决了动态三维合成全息图人工拍摄带来的诸多问题,应用该系统成功制作出三维动态合成全息图.系统对三维动态合成全息图的产品化有一定的实际意义.     

数字微镜器件在高动态辐射场景成像探测系统中的应用

由于数字微镜器件（DMD）空间光调制器结合图像传感器能同时探测高动态场景中的亮暗目标,本文研究了DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的应用。首先,介绍了DMD实现成像探测的原理,分析了DMD在高动态场景成像探测系统中的驱动控制方法。然后,根据DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的工作特性,设计了能使光电成像设备提高66 dB的DMD的驱动控制。文中阐述了系统的主要设计模块和工作参数,并结合实验验证了系统设计的正确性。实验结果表明：该驱动控制方法能够实现对高动态场景中亮暗目标的同时探测,满足对光电成像设备动态范围提高66 dB的要求。若光电成像设备采用11位高灵敏高动态科学级图像传感器,则系统动态范围可达130 dB以上。     

空间光调制器模拟光栅产生高阶和分数阶涡旋光束

用空间光调制器模拟叉形光栅的方式产生高阶和分数阶涡旋光束,分离各阶涡旋光束并探究单级特性,探测其拓扑荷数以验证实验方法的正确性。设计了涡旋光束生成光路,编写了产生叉形光栅全息图的计算机程序,利用透射式空间光调制器模拟叉形光栅,以全息图的方式加载到空间光调制器上。调节参数改变全息光栅图样,得到拓扑荷数从1.0到100.0的整数阶与间隔为0.1的分数阶涡旋光束。利用孔径光阑分离出一级衍射,分析其特性并利用干涉法测量其拓扑荷数。实验发现,整数与分数阶光场分布与拓扑荷数为单调关系,拓扑荷数接近100时光束质量显著下降的特性,利用干涉法测得的拓扑荷数与计算全息图设置的参数完全相同。干涉测量结果验证了计算全息方法的正确性。该方法装置简易、参数可调,可为高阶和分数阶涡旋光的产生和应用提供一定的参考。     

大屏背投激光显示广角镜头的设计

研究了背投激光显示广角投影镜头的设计,并给出了1个162.6 cm(64 in)背投激光显示广角镜头的设计实例.投影镜头前的光学引擎采用数字光处理显示方式,并应用数字微镜晶片(DMD)进行数字光学处理.系统焦距为7.38mm;设计波长为F,d,C;F数为2.46;全视场达到100°;在空间调制器DMD的Nyquist频...     

液晶空间光调制器对真实人眼畸变波前的校正

基于液晶空间光调制器波前调制量大,像素密度高,驱动电压低等优点,用液晶空间光调制器作为校正眼像差的关键元件,研制了用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统.介绍了液晶空间光调制器的波前调制原理,利用ZYGO干涉仪测定了位相调制和灰度级的关系曲线.分别用Hartman-Shack波前探测器和高分辨率液晶空间光调制器探测和校正人眼的波前畸变,对近视5 m~(-1) (500度)的人眼进行了自适应校正实验.校正后,系统的波前误差为0.086λ PV和0.013λ RMS, 达到了系统的衍射极限,并可清晰地分辨眼底原来模糊的细胞.实验结果表明,液晶空间光调制器可以有效校正畸变波前,达到提高成像质量的目的.     

BSO基光寻址空间光调制器电源控制模块的研制

根据BSO基光寻址空间光调制器快速调制、稳定可变的工作电压要求,同时根据编程线性控制电压的需要,设计制作可以满足空间光调制器在写入、读出和擦除过程中不同电压需要的电源控制模块,其输出电压值可编程线性调节,在较高工作频率时输出电压波形仍然较好,基本满足空间光调制器的工作电压特性要求.     

三维物体全视差全息体视图的快速计算

针对传统全息技术对三维数据源要求高、计算量大以及实现速度慢等问题,提出了一种三维物体全视差全息体视图的快速计算方法。该方法对全息面和再现面分别进行空间分割和频谱采样,通过迭代傅里叶变换算法计算多个基元全息图,叠加构成全息图单元。由摄像机获取三维物体不同角度的二维视差图像,基于人眼双目视差立体视觉原理,构建视差图像与全息图单元的对应关系。最后,利用全视差图像调制全息图单元中对应衍射方向的基元全息图,快速合成三维物体全视差全息体视图。基于液晶空间光调制器构建的光学系统对全息体视图进行了再现实验。结果表明,与传统全息图计算方法相比,本文方法容易获取数据源,计算量较小,能够快速计算全息体视图,实现三维物体不同视角图像的再现。     

Hadamard编码红外光谱成像系统设计

在空间调制型哈达玛变换光谱成像仪(Space Hadamard Transforms Spectral Imager,SHTSI)中采用数字微镜阵列(Digital Mirror Devices,DMD)作为编码器件,能够使系统实现小型化、轻量化、高分辨率、高帧频成像.但由于DMD的翻转特性,经过DMD编码后的光学成像...     

基于数字微镜器件的中阶梯光栅光谱仪的光学系统设计

研究了一种基于数字微镜器件(DMD)具有新型光路结构的中阶梯光栅光谱仪,并采用新的谱图信息接收方式来降低其使用成本和数据处理过程的复杂程度。将具有单波长选通功能的DMD与一维探测器光电倍增管(PMT)相结合接收中阶梯光栅光谱仪的光谱信息,在降低仪器成本的同时将中阶梯光栅光谱仪谱图还原算法与DMD扫描驱动算法相整合,提高了算法效率。由于DMD的填充因子比CCD稍低,该类光谱仪对成像质量和能量集中度提出了更高的要求。本文根据DMD型中阶梯光栅光谱仪特点,在有限的可挑选的光学材料下,采用多重优化的方式合理设计了中阶梯光栅光谱仪准直镜、中阶梯光栅、棱镜、聚焦镜等各个光学元件的光路结构参数,并且在Czerny-Turner结构中加入校正透镜和场镜,校正了系统所有像差,提高了整个光学系统的成像质量和光谱分辨率。最终设计的光谱仪系统分辨率达0.01nm,单个微反射镜内的光斑能量聚集度达到70%。     

基于压缩感知的快速纠缠光量子成像方法

纠缠光量子成像效率主要受数字微镜器件(DMD)采样时间开销的影响,现有的DMD采样方式是对所有像素点进行逐点扫描,从而导致成像效率较低。针对这一问题,利用纠缠光的时间和空间关联特性,通过压缩感知算法对参考光进行稀疏采样,同时利用正交匹配追踪算法(OMP)从符合计数结果中得到目标图像。此外,还分析了不同捆绑像素数、DMD采样分块大小和图像稀疏度对成像质量和效率的影响,并通过搭建实际的纠缠光量子成像系统验证了所提方法的有效性。     

基于Sigmoid函数拟合的多曝光图像直接融合算法

同一场景不同曝光的图像序列,常出现曝光不足或曝光过度的区域,造成高亮或阴暗处的细节损失。针对这一问题,提出了基于Sigmoid函数拟合的多曝光图像直接融合算法。该算法从同一场景不同曝光的LDR图像序列中提取每个像素位置亮度信息,利用视觉适应的S形曲线,建立亮度序列曲线的数学模型,给出像素最佳成像亮度值判别方法,避免了HDR图像重建和色调映射的复杂计算,快速合成直接在常规设备上显示的HDR图像。实验结果表明,该方法具有更高的计算效率,极大程度地保留了图像细节,并对运动目标和相机微小移动的影响具有良好的鲁棒性。     

基于复小波域树结构化MRF模型的声纳图像分割

声纳图像受成像环境影响对比度低,特性信息较弱,且图像分辨率不高,用传统的分割方法效果较差,为此,构建了双树复小波域树结构化的MRF模型(TS-MRF),提出了基于此模型的声纳图像分割算法。双树复小波变换(DT-CWT)具有近似平移不变性和良好的方向选择性,其多分辨率分析能有效地提取声纳图像的弱特征信息,以便TS-MRF中节点参数的描述能准确地反映树结构的分布规律和图像统计特性;复小波域6个方向高频子带相互独立,尺度间父子节点标号具有一阶Markov性;尺度内构建TS-MRF模型,且每一节点标号依赖于父节点,采用Potts模型对节点标号势函数建模,相同标号的观测特征用高斯模型建模;最后,用多分辨率递归和每一分辨率分类层次树从顶层向底层的尺度内递归算法来求解最大后验概率,实现分类层次树标号,完成声纳图像分割。实验结果从视觉效果和定量分析两方面验证表明,本文算法能有效地抑制噪声,较好地提取声纳图像的弱特征信息,具有较高的分割精度和鲁棒性。     

用BMP图像文件合成多光谱遥感图像的简单方法

叙述了多光谱遥感数据转化为位图(BMP)格式彩色遥感图像的简单方法。由于遥感数据的记录格式与BMP图像的数据记录格式具有极其相似之处,二者均以像元为记录单位,遥感像元记录的是地物的多光谱数据,BMP图像的像元记录的是该像元的RGB三基色值,将多光谱遥感数据转化为BMP像元的RGB数据格式,并写入图像文件中即可获得BMP格式的彩色遥感图像。文中给出了BMP图像文件的详细结构,并利用三通道海洋水色CCD成像仪预研样机航空飞行实验中获得的遥感数据,叙述了将遥感数据转化为BMP图像的详细过程,并获取了清晰的BMP格式遥感图像。     

一种实用的红外成像系统图像仿真方法

为了实现对红外成像系统静态性能计算机仿真评估,提出一种用于静态红外成像系统图像的生成方法。红外成像系统的调制传递函数（MTF）和噪声是系统图像的主要影响源,针对这一点,对系统调制传递函数和各类噪声源分别进行分析和建模,再根据红外目标和背景的辐射特性建立红外标准图像。通过模型的建立最终得到红外仿真图像,结果表明该方法具有很好的应用前景。     

Graphic supervisory control of an automatic optical inspection for LED properties

This paper focuses on the development and manufacture of an automated optical inspection (AOI) system for light emitting diode (LED) properties, which include the luminance and forward voltage. We use the concept of graphic supervisory control to combine LabVIEW software and programmable logic controller (PLC) for the motion control. By connecting the analog input block, PLC would read the forward voltage to judge whether this value is too large or not. In LED optical inspection, LabVIEW software is employed to coordinate charge coupled device (CCD) camera interface in acquiring data and processing image analysis. The LED luminance is inspected according to whether or not it achieves the desired standard pixels of binary morphologic area. In the inspection process, LEDs quickly advance on rail, and a pneumatic cylinder will sort them into different storages by PLC. The system characteristics mainly include automated platform control and imaging inspection. From experiments, the LED inspection speed could achieve 40-45 pieces per minute. For luminance inspection, the rate of accuracy approaches 100% when the inspection in a dark room or the brightness of exterior environments is fixed.     

Nanotribological characterization of digital micromirror devices using an atomic force microscope

Texas Instruments’ digital micromirror device (DMD) comprises an array of fast digital micromirrors, monolithically integrated onto and controlled by an underlying silicon memory chip. The DMD is one of the few success stories in the emerging field of MEMS. In this study, an atomic force microscope (AFM) has been used to characterize the nanotribological properties of the elements of the DMD. An AFM methodology was developed to identify and remove micromirrors of interest. The surface roughness, adhesion, friction, and stiffness properties of the DMD elements were studied. The influence of relative humidity and temperature on the behavior of the DMD element surfaces was also investigated. Potential mechanisms for wear and stiction are discussed in light of the findings.     

单光源双光路激光并行共焦测量系统设计

针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应,提出将数字微镜器件（DMD）引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件,从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源,对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像;同时,考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用,并非高效的并行光源分束器件,本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置,利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明,两种光路下的正焦面位置仅相差2 μm,在一个泰伯间距范围之内,可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响,进而保证较高精度的并行共焦测量。