基于液晶靶标的多CCD线结构光测量系统全局标定

为了在多CCD线结构光测量系统中进行精确快速的全局标定,研究了一种基于液晶平面靶标的多CCD全局标定方法。首先,将液晶靶标放入光平面中,在靶标上显示一系列特征点,各个CCD同步采集。然后,通过时间序列对应特征点的图像坐标与靶标坐标,建立起像平面与靶标平面间的非线性模型。最后,对形位关系已知的标准块进行测量,利用标准块的形位关系对像平面与靶标平面间的非线性模型进行优化,得到像平面与光平面间的映射关系,完成多CCD的全局标定。利用优化后的标定结果进行测量,在自由曲面类物体的测量中三个摄像机的数据拼接精度高,对标准块上特征点距离测量的绝对误差为0.2mm,角度测量的绝对误差为0.2°。方法快速简便,适合现场操作,已在多CCD线结构光测量系统中得到了实际应用。     

基于时间参考点的差动式线阵CCD位移传感器

为了将线阵CCD应用于实际工程的大尺寸位移测量,利用线阵CCD像元空间与输出时间的对应关系,提出了一种差动式测量的线阵CCD位移传感器测量系统。分析了线阵CCD位移测量存在的问题,结合线阵CCD中像元空间与驱动脉冲之间的对应关系,提出一种以时间为参考点的差动式测量方法。该方法用两个空间上对齐、时间上错开半个积分周期的线阵CCD检测透光挡板上等间距分布的透光光线的位置变化;通过计算两个CCD上输出光信号的时间差,用匀速扫描测量原理实现对空间位移的测量。用雷尼绍激光干涉仪对所研制的线阵CCD位移传感器进行了校准,结果显示：在有效测量范围（600.05 mm）内,经过修正后的测量误差可控制在±2 μm以内,验证了用差动法实现线阵CCD大尺寸精密位移测量的可行性。     

高清3D图像传感器时序控制技术研究

3D(three-dimensional)图像传感器仿真人眼功能采集图像,为了保证左右眼图像严格同步,需要满足像素级时间同步要求。文中使用脉冲细分法,使用逻辑算法精确捕捉帧频、行频和像素脉冲上升沿,同步配置并采集两支高清CMOS图像传感器的数据流,并结合SDRAM的数据缓冲,在帧周期内完成左右图像的行像素对接后再输出。实验结果证明,使用时序精确控制方法及轮序处理法可以满足像素同步采集要求。     

基于LCoS像素级图像亮度调整方法研究

在计算机视觉研究领域,采集到的图像通常由于被测物体局部高亮或局部镜面反射导致局部过饱和,从而影响测量系统的后续数据处理.针对此问题,根据反射式硅基液晶能够逐像素调节入射光的发射率的性质,采用高解析度硅基液晶(liquid crystal on silicon,LCoS)和图像传感器(CCD或CMOS)相结合,设计了基于LCoS的图像亮度调节硬件系统.根据硅基液晶与图像传感器的光学性质,确立了摄像机模型像平面和LCoS掩膜平面之间的映射关系,提出了基于空间映射的像素对应算法,实验证明,该算法准确、可靠,可以实现图像亮度的像素级调整.     

基于二维光扫描的细长孔内壁疵病检测技术

细长孔内壁疵病检测是采用光学、机械、计算机等技术实现深孔内表面疵病的自动观察与检测.该测试系统由光扫描光学成像分系统、CCD摄像分系统、计算机控制及图像处理分系统等组成.被测面的反射像通过内窥镜成像在面阵CCD的光敏面上,CCD输出的视频信号经图像采集卡输入计算机,经图像拼接及图像处理,最终完成疵病的检测与尺寸测量,测量精度可达到0.2 mm.本文重点介绍了细长孔内壁疵病检测的原理、二维光扫描成像技术、图像拼接和图像处理技术,并对总体的检测精度进行了分析.该项检测技术不仅可计算出细长孔内壁疵病的面积大小、方位,还可检测出镀铬层脱落面的大小、方位,内壁裂纹的长度、方位等.     

汽车安全玻璃副像偏移电子检测系统

主要介绍了利用CCD摄像头和计算机软件对汽车安全玻璃的副像偏移值进行实时采集和处理的方法。首先用CCD和图像采集卡将副像偏移的光学图像转换为计算机能识别的数据模式,然后利用图像处理程序求出副像偏移的值。该方法具有测量精度较高,测量结果实时显示以及在普通室内的光照条件下也可以测量等优点。     

LAMOST光纤定位子系统测量装置

给出了LAMOST(大天区多目标光纤光谱天文望远镜)光纤定位子系统的测量装置.它由一块面阵CCD,一个图像采集卡和一个光学镜头组成.光纤位于子系统焦面,由面阵CCD拍摄下来通过图像采集卡传送至主机.利用光重心法就可以得到光纤的位置.着重介绍了测量装置的标定方法.测量装置的系统误差可以通过标定过程得到,而且像场畸变可以通过四次曲面拟和来进行修正.本测量装置可以精确地测量子系统中的光纤位置,测量精度为10μm.     

嵌入式线结构光角度视觉检测及误差补偿

建立了基于DM642的嵌入式线结构光角度视觉检测系统,用于精确实时地在线检测线结构光角度.首先,将以CCD为图像传感器的装置与基准平面固定,以线结构激光发生器为光源的装置与被测平面固定;用CCD采集投影屏上的线结构光图像,再由DM642进行实时处理得到线结构光的角位置,并对角位置进行标定来获得被测平面与基准平面的夹角.然后,分析系统误差源,得出系统主要误差是由CCD感光面阵平面与投影屏平面之间的夹角α所致.最后,针对此误差项建立数学模型,并根据模型采用圆光栅控制激光发牛器精确转动3个角位移,由圆光栅所得的精确角位移值和对应的图像检测值计算出标定夹角a的大小和方向,并对由此夹角误差导致的检测误差进行精确补偿.实验结果表明:在a为0.331 97°时,经误差补偿后的圆光栅角位移值和对应的图像检测值之间的转角误差由22.522％减小到0.595％,系统测量的不确定度为0.051 44°.     

高性能分离式远程EMCCD成像系统研制

论述了基于一种1 024×1 024像素EMCCD图像传感器CCD201的高性能分离式远程成像系统设计方法。采用光纤通信技术,系统分为成像端与控制端,使系统可用于远程监测场合。利用CPLD器件产生CCD逻辑时序及视频同步处理控制时序,采用集成器件与分立器件相结合的方式实现EMCCD垂直驱动时序,获得视频信号;使用带有CDS功能的16位模数转换器对CCD视频信号进行数字化;数字化图像经由光纤发送到远程控制采集端。采用全双工通信,实现电子增益、放大倍数、温度等参数的远程控制。文中详细介绍了驱动电路、视频处理电路、数据远程交互单元与控制采集单元等关键组成部分的技术实现方法。设计的成像系统采用USB方式进行数据实时采集,能够连续获取16位数字图像数据,光动态范围大于70 d B,增益倍数最高能够大于0.1e-/ADU,控温精度达到±0.5℃。设计方法可应用于类似CCD成像系统的设计中,并使系统能够在微光成像及辐射场诊断中应用。     

感知二步插值标定方法研究

为提高标定效率及标定精度,提出了感知二步插值标定方法。该方法抛弃通过人工测量来调整实验平台与标定面之间位置关系的方法,让计算机具备感知CCD光轴与标定平面法线间偏差的能力来弥补人工测量的不足。在标定过程中,通过提取图像角点的亚像素坐标,直接建立了成像面上角点与世界坐标之间的对应关系,最后根据已知角点插值得到了平面上任一点的世界坐标,并进行了实际平面符号图的检测试验。试验结果表明：该方法提高了标定速度及标定精度,为三维重建奠定了基础。     

SAR光学处理器输出图像的实时处理装置

合成孔径雷达获得的图像是一种准全息图像。它通过光学相关器转换成可见光图像信息。本论文研究的内容是把这种光图像信息,在通用的监视器上实时显示的转换装置。它由光学系统、线阵CCD像机和帧存储实时显示系统三个部分组成。光学相关器输出的光图像信号通过光学系统成像在线阵CCD像敏元上,并转换成电信号,通过帧存储实时显示系统按照电视体制输出,在监视器上实时显示。图像的各种显示方式由单片机控制。     

空间光学遥感器的多光谱TDI CCD信号检测及仿真

为了实现采用高性能多光谱TDI CCD 对空间光学遥感系统的合理设计及应用,提出了对CCD控制信号的高速并行实时检测方法和视频图像连续输出的仿真设计方案。利用CCD行读出及转移的200µs周期,对48路控制CCD驱动信号和31路直流偏置信号进行并行实时逻辑分析及检测。同时,把预制的CCD模拟图像,从磁盘阵列经PCI-X及LVDS总线高速传输到由FPGA、D/A、放大和滤波电路组成的视频图像生成系统,实现可连续、实时输出各种模拟测试图像。实验结果表明,可同时输出3路6MHz频率的彩色图像和8路12MHz频率的全色图像象素信号波形。象素信号基准电压8V;振荡幅值0～1.7V。有效采样时间和信号稳定度均满足成像电路的仿真测试要求。     

光电混合联合变换相关器中各元器件结构参数之间的关系

分析了空间光调制器(SLM)和面阵CCD的像元结构对输入图像和功率谱的抽样,以及抽样对光电混合联合变换相关器(JTC)性能的影响;推导出了光电混合JTC中,SLM、面阵CCD、傅里叶变换透镜、输入图像等各结构参数之间应满足的关系。根据推导出的关系公式,结合实验所用透镜、SLM、CCD的各项参数,选择不同的图像间距,对联合变换相关识别过程进行了模拟验证。输入大小都为32×32像素的参考图像和目标图像,当两者间距大于64像素且小于374像素时,可以得到理想的识别效果;间距小于64像素时,同级输出光场的自相关和互相关信号不能完全分离;间距大于374象素时,相邻两级互相关信号交叠错位;当间距大到超过405像素时,无法进行相关识别。模拟结果与理论推导一致。这些关系对JTC的设计及应用有重要意义。     

科学级CCD远程图像采集系统设计

介绍了一种基于高分辨率超感光度（EXview）CCD的光纤远程传输采集系统的设计方法。该系统利用专用集成芯片实现其时序驱动;双复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成系统的逻辑控制;采用带相关双采样的16位高精度模数变换器(ADC)对模拟视频进行数字化,从而提高系统动态范围。为满足其极端实验环境的应用,基于TLK1501进行大容量视频数据的远程传输;利用USB接口实现了计算机终端采集。最后,实验测试了系统的两个重要的评价参数：动态范围和系统灵敏度。该系统具有140万像素、16位高精度数字化位数、30 km以上的远程传输能力,其动态范围为1000~1500倍、灵敏度为2.34 ADU/e-左右,暗电流约为6 e-/pixel·s-1[>32 ℃]。实验显示该系统适用于对分辨率、灵敏度、安全性等要求高的科学研究中。     

A Setup for Studying Microstructural,Thermo- and Electro-Optical Properties of Light-Scattering Film Materials

A setup based on an optical polarizing microscope and a technique for simultaneously studying the morphology of light-scattering film materials and measuring their thermo- and electro-optical characteristics are described. The setup is equipped with a specially developed thermocuvette, a laser, a CCD video camera, a photodetector, units for processing electronic signals, and a computer. The performance capabilities of the apparatus are demonstrated using examples of optically anisotropic composite films of polymer carrying out liquid crystals with controlled light scattering.     

角膜图像采集系统中的CCD驱动设计

针对角膜图像采集系统开发过程中的面阵CCD图像传感器驱动进行了设计。选用ICX424AL面阵CCD作为图像采集系统的图像传感器,分析了ICX424AL的驱动时序要求,介绍了高性能模拟前端处理芯片AD9949A内部主要电路模块的工作原理及相关电路的寄存器控制方法,实现了基于CPLD与AD9949A的ICX424AL驱动设计。最终测试结果显示,CCD可产生正确的模拟信号输出,将数字视频信号采集到计算机后,能够得到良好的图像采集效果。     

集成双光栅干涉微梁位移测量方法

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650nm。     

外同步式时间延迟积分CCD传感器模拟装置

由于时间延迟积分(TDI) CCD传感器在调试阶段易损坏,本文提出了一种基于外同步信号驱动原理的TDI CCD传感器模拟装置.该模拟装置实际尺寸可以达到长100 mm,宽45 mm,与实际TDI CCD传感器的物理尺寸相当,可根据实际光照度大小精确地模拟TDI CCD传感器像元感光程度.该装置可以模拟TDI CCD传感器输入引脚的阻容特性并能合成完整的TDI CCD视频输出信号,实现TDI CCD传感器的16、32、48或64级积分级数控制的功能.该装置还可以模拟CCD驱动信号和输出视频信号的温度延时特性,延时时间在0.5～12.5 ns间可调,从而方便了信号采样电路对采样时刻的调试.     

基于CCD成像的轴承滚柱表面缺陷智能检测的研究

提出了一种基于CCD成像的轴承滚柱表面缺陷非接触检测技术。CCD将目标转换为视频信号并输送到图像采集卡,图像采集卡对视频信号进行解析、数字化后输送给专用的图像处理系统,对图像进行处理,再用LabVIEW软件编程。