基于不同粗糙度表面反射的液晶屏显示 信息泄漏研究

针对不同粗糙度表面反射光泄漏问题,对Torrance-Sparrow模型进行修正,建立了双向反射分布函数数学模型,数值计算了影响双向反射分布函数的各个因素,通过实验对建立的数学模型和数值计算结果进行了验证.结果表明:影响反射信息的主要因素有镜面反射,漫反射和介质的吸收,镜面反射包括反射面反射率、反射面上微面元倾斜角概率分布函数、入射光入射到反射面的微面元入射角和反射角引起的遮蔽因子,其中,主要影响因素是镜面反射;若选定入射角和粗糙度,随着反射角从0到π/2变化,反射面双向反射分布函数是以镜面反射角为均值的高斯分布,当反射角大于1.4rad,反射面双向反射分布函数值急剧增加,高斯分布发生变形;若选定镜面反射角方向接收反射信息,随着反射面粗糙度的增加,反射面双向反射分布函数值单调下降,且变化较快;当粗糙度大于0.3时,双向反射分布函数接近0.     

含镜面反射面形的傅里叶变换轮廓术

对于反射光含镜面反射的物体而言,由于镜面反射的存在,将会导致图像中存在许多的高亮区。因为镜面反射光强相对较强,因此图像中高亮区镜面反射光会不可避免地掩盖漫反射光场分布中的相位信息,从而导致错误的三维面形测量。从分析傅里叶变换轮廓术中光场的偏振特性出发,利用光学器件的滤光作用,结合现有傅里叶变换轮廓术和Phong光照模型,实现了含镜面反射的物体面形的三维测量。理论分析与实验结果均证明了镜面反射将影响调制光场的高度分布,并且还证明了提出的测量方法可有效消除投影光源造成的高反光区域,极大地扩展了傅里叶变换轮廓术的测量领域。     

基于双目面结构光的高反光物体自适应条纹方法

在高反光物体的表面形貌视觉测量过程中,物体的镜面反射特性会导致获取的图像部分区域过曝而产生错误的计算结果。为解决这一问题,首先对自适应条纹算法进行改进优化,以减少使用面结构光测量过程中的投影次数,提高运算速度;然后对最大投影亮度进行调整,并在此基础之上实现了一种测量高反光物体形貌的双目面结构光算法。实验结果表明,该算法可以有效减轻所述对象表面的过曝程度,减少高反光物体表面测量的噪点和无效点,提高测量数据的质量。     

基于多视方程的高反光物体表面三维形貌测量

双目结构光三维形貌测量技术在测量高反光物体的过程中,左右图像中对应物体表面的不同位置处出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据无效.首先将投影系统作为反向相机并与双目系统共同组成多视系统,然后对物体表面的每一点进行多视系统匹配,接着通过调制度来判断每一像素对应相位的有效性,舍弃过曝光图像区域的像素以获得双视共线方程,最后由整体多视方程同时实现三维点云重建.该方法能够有效解决坐标系转换、多系统重建结果的数据冗余和融合误差等问题.实验结果表明,所提方法在500 mm×700 mm大小的视场范围内能够很好地对高反光物体进行完整的三维形貌测量.     

基于Phong模式的分裂Monte Carlo模拟红外室内信道脉冲响应函数

介绍了基于Phong模式的Monte Carlo方法.该方法能够对红外室内通信的重要性能参数—— 信道脉冲响应函数进行快速有效的计算，可应用于包括漫反射、镜面反射以及粗糙度介于这 两种反射之间的表面反射情形的信道中.相对于经典的有限元法，在高次反射时具有更为明 显的优势，不但计算速度快，而且计算结果也更接近真实信道环境.该方法的使用，能够为 设计高性能红外系统提供更为可靠的参数. 关键词： 红外室内通信 脉冲响应函数 分裂Monte Carlo Phong 模式     

车削零件表面粗糙度图像法检测优选方法

为实现对车削零件表面粗糙度检测,提出一种基于机器视觉表面粗糙度检测图像处理的新方法。该方法先按相应算法对所采集图像剔出受光衍射影响严重区域,然后再按其灰度分布情况进行区域优化,获得的图像灰度特征参数能反映表面粗糙度量值的有效特征区域。用该方法对表面粗糙度Ra标称值为0.8 μm~12.5 μm的五种车削样件测试,处理后图像灰度的均值、方差、能量和熵等特征参数与Ra标称值单调关系显著,各特征曲线的非线性误差均在1.5%以内。对比实验显示,这种特征提取和区域优化方法可应用于表面粗糙度的区分与检测。     

三轴稳定GEO卫星漫反射光变特性

利用天文测光方法研究了地球同步轨道卫星可见光波段的反射光变特性.以三轴稳定地球同步轨道通讯卫星为研究样本,进行了可见光波段的光学非高分辨成像观测,并使用天文标准星进行定标.基于相位角序列的测光观测数据表明:在大相位角区域卫星光变曲线分布与漫反射光照数学模型计算结果有很好的一致性,以卫星主体和太阳能电池板的漫反射效应为主;而在小相位角区域与漫反射模型计算结果有明显的差异,为卫星的太阳帆板镜面反射效应影响所致.     

数字全息中的自动相位畸变补偿算法

提出一种面向数字全息的相位畸变自动补偿方法,利用图像分割技术对被检测物体进行自动分割,生成相位掩模板,进而得到不含被测物体区域的畸变相位。基于相位畸变校正模型对畸变相位进行最小二乘拟合,最终实现相位畸变的自动补偿。实验中搭建了数字全息检测平台,并对晶圆表面进行测量,结果表明所提出的方法能够实现畸变相位的自动校正。     

偏振光谱BRDF建模与仿真

在偏振光条件下,物体的表面反射受到折射率、表面粗糙度、入射角等多种因素的影响。针对粗糙物体表面在不同波段光照下表现出不同的偏振反射特性,提出一种基于Kirchhof理论的偏振光谱BRDF模型。利用已知材质在不同波长下的复折射率,对其折射率和消光系数部分分别反演出的对应光谱模型,进而得到复折射率的光谱模型;同借鉴经典的表面粗糙度测量方法,结合菲涅耳反射公式,推导出表面粗糙度的光谱模型,将得到的复折射率和粗糙度光谱模型与BRDF模型相结合,推导出偏振光谱BRDF建模。模型分别在折射率随波长变化、粗糙度为常量,折射率、粗糙度均随波长变化以及原模型三种情况下进行仿真对比实验,并将所得到的数据与其他资料进行对比。其结果表明,该模型能够较为准确的反映物体表面的偏振反射特性,并且能够描述偏振度随波长变化趋势的光谱特征,能够为偏振遥感、物质分类等方面的应用提供可靠依据。     

基于偏振双向反射分布函数的粗糙表面偏振特性

为了研究高斯粗糙表面偏振特性,基于微面元理论,综合考虑微面元的漫反射和镜面反射,建立偏振双向反射分布函数模型。对由偏振双向反射分布函数得到的穆勒矩阵进行分解、变换等处理,推导出表征粗糙表面二向色性、相位延迟和退偏的3个子矩阵及其对应的偏振特性表达式。针对典型的粗糙目标,对偏振特性进行理论计算。分析入射角、方位角,以及粗糙度对粗糙表面偏振特性的影响。结果表明:粗糙表面二向色性在入射角变化范围内有极大值,且随方位角的增大而增大;相位延迟随入射角的增大而减小,且在方位角变化范围内有极大值;退偏能力在入射角范围内有极小值,且随方位角的增大而减小;粗糙度对除退偏能力以外的偏振特性影响较小。     

基于机器视觉的表面粗糙度测量与三维评定

表面粗糙度的测量与评定一直是机械行业的重要课题。提出了一种基于机器视觉检测工件表面粗糙度的方法。首先利用显微镜获取端铣、刨、车不同等级下工件表面的序列图像,采用方差聚焦测度算子对序列图像中的每一个点进行高度计算;然后再利用高斯插值法计算出微观物体表面的准确高度,重构其表面微观形貌;最后计算出各个工件表面的三维粗糙度。通过对实验数据的分析和讨论,可以确定出表面均方根偏差Sq、表面偏斜度Ssk和表面峰密度Sds这三个参数,它们是常用地对工件表面粗糙度进行评价的可靠参数,可为以后三维粗糙度体系的科学建立提供依据。     

基于石墨烯的太赫兹波散射可调谐超表面

设计了一个可调谐的太赫兹超表面,由在随机反射超表面基底中嵌入可偏置的双层石墨烯构成,可以实现对太赫兹波散射特性的动态调控.全波仿真试验结果证实了所预期的超表面散射可调性能.通过增大偏置电压提升石墨烯的费米能级,使得该超表面的太赫兹波散射样式从漫反射逐渐向镜面反射过渡,从而实现散射特性的连续调控,且该超表面具有对电磁波极化角度不敏感的特点.这些特性使得该超表面能很好地融合到变化的环境中,在太赫兹隐身方面具有潜在的应用价值.     

基于数字微镜器件的“后视”关联成像

传统成像的必要条件是相机对着物体。由于障碍物的遮挡,传统成像在很多时候都不能得到目标物体理想的像,但在关联成像机制下,借助一些障碍物的漫反射,适当调整反射的角度,可以实现相机在镜头不对着物体正面的情况下对目标正面成像,这在传统成像中,一般只能通过镜面反射才能做到。利用数字微镜器件(DMD)调制普通光源,可以改进传统的关联成像,省去参考光路的测量。而且,数字微镜器件使得例如发光二极管这种普通的光源也可以用来实现关联成像,对工程实现有重要意义。     

基于梯度光图像的高精度三维人脸重建算法

针对人的脸部特征复杂、细节纹理丰富,获取高精度人脸三维模型成本高、工作量大的问题,提出基于梯度光图像的高精度三维人脸重建算法。利用球形灯光装置建立6种不同的光照模式,并利用偏振光特性对镜面反射光和漫反射光进行分离;利用单向梯度光图像,并基于双向反射分布函数(BRDF)得到反射光方向与法线方向的关系,通过计算获取镜面反射和漫反射法线图;将增强后的镜面反射和漫反射法线图进行融合,并映射到低精度模型上,可以重建出高精度的三维人脸模型。实验结果表明,本文方法计算复杂度低,重建精度高,窗口大小为7×7的高通滤波增强的镜面反射图和漫反射法线图以2…1的比例融合之后,重建的效果最佳,模型能精细到微尺度级。     

离心叶轮局部粗糙度对其气动性能的影响

离心叶轮的气动性能对压缩机整体性能具有重要影响。为了研究局部表面粗糙度使离心叶轮性能恶化的程度及其作用机理，本文采用数值模拟方法将Krain叶轮的流道表面划分成若干区域，并设置不同方案在局部施加粗糙度进行研究。结果表明：粗糙的叶片比粗糙的轮盘和轮盖更能使叶轮性能发生恶化，设计点级的等熵效率比光滑条件下降2.466%，总压比下降了6.266%，同时阻塞流量降低了2.227%；轮盖粗糙度通过改变叶顶间隙泄漏流来改变叶片载荷分布；前缘粗糙度加大了边界层和激波相互作用的程度使流道更容易阻塞；叶轮性能对吸力侧粗糙度比对压力侧更敏感。     

基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法

为了减小白光相移干涉法测量物体微观形貌时产生的误差,对极值法的搜索路径进行优化后与Carré相移算法相结合,提出一种基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法.该算法减小了光源扰动及电荷耦合元件散粒噪声带来的影响,且对相移器的线性误差不敏感,免去了相位解包裹过程,提高了运算效率.采用单刻线样块对扫描步距进行校准实现了光源中心波长的在线修正,减小了由于光源特性及环境扰动误差带来的影响.采用不同算法对标准粗糙度样块进行三维形貌恢复以及表面粗糙度的重复性测量实验,结果表明:该算法对表面粗糙度的测量结果较传统白光干涉算法准确度提高,测量重复性优于1%.     

激光轮廓测量中的光强自动控制研究

脉宽调制技术目前已广泛应用于高频电磁加热系统、开关电源等领域1,本文首次将脉宽调制技术用于激光扫描测量系统,解决了激光扫描测量中国不同材料对激光的散射光强不同、不同曲面对激光光强反射各异以及物体表面镜面反射等问题给测量精度带来的严重影响2,利用激光扫描系统中的摄象机直接作为光强反馈系统,实现了测量过程中的光强自动控制,有效地降低了光强饱和等问题给测量带来的误差.     

铜铟镓硒薄膜光伏组件中电池与封装材料界面的光学特性对组件性能的影响

根据测试数据,分析模拟了铜铟镓硒(CIGS)薄膜光伏组件中电池的活性区域、非活性区域与封装材料之间界面的光学特性对组件的短路电流产生的影响。根据组件结构建立了光学模型,从光学模拟结果分析组件内的反射与吸收。发现电池前电极透明导电氧化物薄膜(TCO)与封装材料界面的反射不可忽视,提出通过在透明导电氧化物薄膜与封装材料之间添加减反射层,并以MgO作为膜层材料以降低活性区域的界面反射;模拟了在非活性区域一次反射光角度与二次反射的关系,由此分析了非活性区域反射面倾角、镜面反射与漫反射比例对光利用的影响。模拟结果显示,活性区域的减反层结构可降低透明导电氧化物薄膜表面的反射率1%以上,而通过在非活性面积区域制备光反射结构,理论上能够利用非活性区域光照超过50%。     

基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计

提出一种由平面LED阵列与高漫反射率自由曲面构成的间接照明方式。基于LED光源与理想漫反射表面的朗伯特性,构建照明系统的数学模型。根据目标平面预期的光强分布,建立一组微分方程,利用数值方法求解得到漫反射自由曲面的面形轮廓,通过光学软件对该漫反射光源系统实体模型进行非序列光线追迹仿真,模拟结果显示检测区域辐照均匀度达到90%以上,验证了该方案设计均匀照明光源的正确性与有效性。     

激光测距仪的点源透过率

 通过分析柱形腔结构的激光接收机的点源透过率,论证了视场外利用杂散光干扰激光测距仪的可行性和对干扰光功率的相对需求。按照干扰光入射角度由小到大的顺序,提出了漫反射 镜面反射干扰、二次漫反射干扰和一次漫反射干扰的杂散光干扰机制,推导出了相应的点源透过率公式,并利用Tracepro软件进行了仿真验证。理论分析和仿真结果表明：在典型条件下为了确保在30°内可靠干扰激光测距仪,对干扰光功率的需求相对于视场内干扰时要高出5×10⁶倍,确保80°内可靠干扰则需提高10⁸倍。从提高光电接收系统抗干扰能力的角度指出：降低滤光片镜面反射率并使其远离探测器,可以减小漫反射-镜面反射干扰;降低接收光学系统腔内壁漫反射率,可以减小二次漫反射和一次漫反射干扰。