机器视觉测量中成像系统光瞳球差对测量影响的研究

光瞳像差的存在会导致实际光瞳和理想近轴光瞳的形状和位置出现差异,从而对光学系统的成像质量产生间接的影响。由于光瞳球差会影响光瞳的位置,而在某些使用机器视觉的测量系统中,入瞳位置作为摄像机的光心,形成了机器视觉中的一种重要参数,当入瞳位置发生变化时,将会影响到测量的准确性,尤其在高精度的测量领域。介绍了光瞳像差的基础理论,以SCOTS(Software Configurable Optical Test System)光学面形测量系统为例,通过计算入瞳球差,分析了光瞳球差对相位测量偏折术测量的影响。结果表明,双高斯物镜中光瞳球差的存在,对测量结果的准确性和精度造成了影响,故在使用机器视觉进行测量的系统中,需考虑光瞳像差带来的影响。     

Zemax在光学系统球差测量中的应用

作为应用物理专业的核心课程,应用光学具有很强的实用性。像差是表征光学系统成像质量的重要参数,是应用光学中最重要的概念,光学系统设计的过程实际上就是各种像差校正和平衡的过程;轴向球差是一种最基本的,也是最重要的几何像差,对光学系统轴向球差的测量是系统成像质量检测的一个重要内容之一;本文采用Zemax软件模拟光学系统的球差测量情况,通过光线追迹的方法,使实验者深刻理解球差的产生原因,熟悉实验原理,对于球差的测量有积极的指导作用。     

高功率二极管泵浦激光模块的热致球差

 为获得高功率高光束质量的激光器,对激光器中的热致球差进行了研究。介绍了高功率二极管泵浦Nd:YAG棒激光模块热致球差的测量和补偿方法。使用S-H波前探测器测量了激光模块的三阶球差,设计了补偿系统对激光模块的球差进行了补偿,并对补偿前后的各阶像差进行了分析。在主振功放(MOPA)系统中使用球差补偿系统,工作电流110 A时,光束质量平方因子从9.2提高到6.4。实验结果表明球差补偿系统能消除激光模块的的三阶球差,而且不会引起其它像差的增大,提高了激光器光束质量。     

高斯光束经过负球差透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过负球差透镜的聚焦，得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式，并对其进行数值计算。数值计算结果表明，在负球差的情况下，得到光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况，往透镜方向移动，并且，最佳聚焦点的光强较无球差时大，当Ｎｗ＝１，Ｎａ＝５，ｋＳ１＝－０．２时，得到的最佳聚焦点的光强是无球差时的１．３４倍。本文还讨论了透镜的菲涅尔数对聚焦光场分布的影响。结果表明，当透镜的菲涅尔数小于１时，球差对高斯光束的聚焦的影响可以忽略。     

后向动态光散射测量中样品池的影响及校正

针对后向动态光散射高浓度颗粒测量中样品池产生的影响,本文对负球差进行了分析,提出了采用ZEMAX确定聚焦透镜的光学参数校正球差的方案,对由于样品池表面反射引起的二次散射进行计算,提出了削弱二次散射的方法。     

磁六极球差校正系统的计算与分析

限制电子显微镜分辨本领的主要因素是电子透镜的球差，对一种实际的校正磁透镜的磁六极球差校正系统进行了计算和分析，计算结果表明利用该系统可以消除三级球差。     

象差实验中观测球差的方法

本文对观测球差的实验装置和方法作了介绍，并附有测量数据。     

利用球差透镜获得平顶激光光束

本文根据Huygens-Fresnel衍射积分计算高斯光束经过球差透镜的聚焦。数值计算结果表明,当透镜的球差系数为负时,在聚焦光场的两个位置,可得到平顶的激光光束。并且,透镜的负球差系数越大,得到的平顶激光光束越平坦。     

测量液体折射率的一种新方法——液芯柱透镜散焦宽度法

本文提出了一种基于消球差复合液芯柱透镜快速、准确测量液体折射率的新方法——液芯柱透镜散焦宽度法.该方法利用消球差复合液芯柱透镜在较宽折射率范围内系统球差小、成像准确的特点,基于不同折射率在成像系统上呈现一一对应的散焦图像,仅需采集一幅散焦图像即可得到待测液体的折射率.用该方法测量了室温(20℃)下21组不同液体的折射率,测量结果与用阿贝折射仪测量结果一致,用ZEMAX和光线追迹逐面成像法仿真的散焦宽度图像与实验图像一致.用该方法测量液体折射率具有系统简单、稳定性好、操作简便、测量速度快等特点.     

球差对调焦函数的影响

红外导引头成像光斑测试仪系统的球差对成像光斑质量有很大的影响,降低了光斑的能量集中度.通过对球差因素影响的研究,构造的调焦评价函数能更精确地分辨最佳像面,从而通过自动聚焦寻找最佳像面位置,是测试仪评价其光学系统质量的一个重要环节.     

全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案

偏振控制在光通信中是至关重要的技术, 关系着通信系统的稳定性和误码率. 本文提出一种基于双向Sagnac环工作方式的全光纤高速偏振控制方案, 通过调节环中一个光纤电光相位调制器的相位差而精确控制光场偏振方向, 并且实现了单个端口输出各种偏振态, 无需后续耦合操作. 相位控制精度为10^-3 rad, 最大消光比可达30 dB, 工作速率可达2 GHz. 由于本方案的精度、调制速度和稳定性都很高, 并采用了器件简单、成本低廉的全光纤光路, 易于集成, 在量子保密通信等光通信领域中有很好的应用前景. 关键词： 光纤偏振控制器 Sagnac环 量子通信     

共聚焦生物芯片扫描仪中PMT电流增益的自动控制

根据共聚焦生物芯片扫描仪获得的图像,设计了计算机控制下的PMT电流增益自动控制系统.根据计算生物芯片图像的灰度分布与期望灰度分布的差异,得到期望灰度分布时PMT的期望电流增益,进而获得PMT的期望控制电压.一个12位数模转换器产生期望控制电压,自动控制PMT电流增益的调节,控制电压精度高达2 mV.实验结果表明,所设计的PMT电流增益自动控制系统可快速、准确地实现PMT电流增益调节,并具有稳定性高、抗干扰能力强的特点.     

橡胶密封圈几何尺寸图像检测技术研究

目前油冷散热器件密封圈尺寸检测使用万工显人工目测方法,工作强度高,测量数据稳定性差。针对这种情况,提出了使用万工显、CCD相机、光栅和计算机搭建自动测量系统,实现了密封圈几何尺寸的检测。采用CCD相机替代万工显的目镜,由光学系统将被测密封圈的边缘成像于CCD靶面上,数字图像通过USB口传入计算机,实现图像采集,由固定于测量平台的光栅尺读取平台移动数据。采集密封圈6幅边缘图像,同时把光栅读数读入计算机。经过中值滤波、阈值分割、边缘检测等图像处理方法,结合光栅读数,经过坐标转换,得到了同坐标系下的所有图像边缘坐标,所有边缘坐标数据采用最小二乘法拟合圆,得出密封圈的半径值。实验数据表明,CCD测量系统均方差为0.0001mm,低于目测系统的均方差值0.0005mm, CCD万工显测量系统测量数据稳定性好。     

A Microcomputer System for Automatic Mode Sweep of Ring Laser Angular Rate Sensor (Ring Laser Gyro)

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅＲｉｎｇＬａｓｅｒＡｎｇｕｌａｒＲａｔｅＳｅｎｓｏｒ（ＲｉｎｇＬａｓｅｒＧｙｒｏＲＬＧ）ｗａｓｄｅｆｉｎｅｄａｓａｔｙｐｅｏｆａｃｔｉｖｅｒｅｓｏｎａｔｏｒｇｙｒｏ．ＨｅｒｃｏｎｃｅｉｖｅｄｔｈｅＲＬＧｉｎ１９６１［１...     

A Microcomputer System for Automatic Mode Sweep of Ring Laser Angular Rate Sensor(Ring Laser Gyro)

On the basis of analysis and principles of the operational modes and mode sweep of a ring laser, a microcomputer system for automatic mode sweep of ring laser angular rate sensor is presented. A 0～300 V continuous adjusted power supply system for PZT used to accurately adjust the cavity lens of the ring laser also is described in the paper. The test result shows that the microcomputer system could solve the problem of automatic mode sweep of ring laser successfully.     

基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集处理系统

从硬件和软件两方面对摄像机同步的原理和方法进行了研究,设计并实现了基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集和处理系统.提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块作为同步触发信号发生器,并利用Visual C++平台开发了控制程序,能够通过触发信号的周期和波形来调整图像采集频率和摄像机触发电平.设计了软件同步策略,保证多台摄像机之间的图像同步曝光之后能够同步处理.经过验证,所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10 μs,具有设备简单、使用方便、成本低等优点,并且能够消除丢帧、错帧等现象,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案.     

激光靶测量图象的在线处理与应用

介绍了图象在线处理系统及其被用于激光靶测量的工作。自行建立了图象处理的自动测量分析系统，研制了适应该系统的图象测量分析的专用软件ＹＡＮＧ．ＥＸＥ。实际测量结果表明，与以前方法比较，本系统测量数据重复性好，实测精度好于以前手工方法，并且可以对靶表面缺陷进行定量测量。已经逐步用于ＩＣＦ靶与ＸＲＬ靶的实际测量。     

相控阵天线主控系统中实时数据交互

波束控制系统是高功率相控阵天线的神经中枢,负责天线阵面中所有单元相位的精确控制和状态监测任务。为实现天线阵面的快速、精确波束转换,采用分布式拓扑结构和嵌入式实时操作系统,设计了两级分布式波束控制方案,开发了基于VxWorks的相控阵天线主控系统。通过UDP协议实现主控系统与其他系统的多节点网络通讯;针对高速、实时通讯需求,利用VxWorks多任务编程接口,设计了一种基于双缓冲队列的Socket通讯方法;为使通讯被各方正确解析,制定了自定义的应用层协议。基于VxWorks的相控阵天线主控系统的开发应用,验证了方案的可行性以及控制软件的可靠性和稳定性。     

KB镜束流截面测量系统研制

为了对衍射极限储存环的束流横向截面尺寸及发射度进行测量,设计了一套Kirkpatrick-Baez(KB)反射镜聚焦成像系统,并在上海光源(SSRF)储存环进行预制研究。该系统主体由两面垂直放置的KB反射镜组成,分别在水平及垂直方向对弯转磁铁光源点进行成像,系统工作在硬X射线波段,聚焦光斑被闪烁体X射线相机采集。对影响系统成像质量的像差和点扩散函数进行了计算。目前,实现了对束流的实时成像,可精确测量束流横向截面尺寸为75.9 μm(水平方向)和20.2 μm(垂直方向),系统稳定性(RMS)小于0.1 μm。     

机器视觉疲劳裂纹扩展试验摄像头自动聚焦方法

在机器视觉疲劳裂纹扩展试验中,为了能够满足对裂纹宏观观察裂纹和准确定位裂纹尖端的要求,需要采用变焦镜头放大和缩小采集图像范围,针对于摄像头变焦后的聚焦问题,提出了摄像头的自动聚焦方法。首先建立图像采集系统,采集裂纹图像至计算机,通过中值滤波对图像预处理,去除噪声干扰,选取裂纹区域作为聚焦窗口,采用Laplace算子法作为清晰度评价函数,并提出一种变步长穷举法进行聚焦搜索。最后设计了以ARM7为核心的摄像头运动控制器。实验表明,所提出的方法能够实现疲劳裂纹扩展试验中摄像头在各种情况下的准确自动聚焦,为下一步精确测量疲劳裂纹扩展参数奠定基础。