卫星太阳能电池阵破损自动检测系统的研究

介绍了国内首次研制的卫星太阳能电池阵破损自动检测系统的检测原理、系统结构与设计及现场试用结果。系统采用专用照明系统,电池阵列经光学系统清晰成像至CCD传感器上,经信号放大、A/D转换后输入计算机管理和控制系统。图像传感探头自动扫描整块电池板,并由距离传感器控制,始终保持采集图像清晰。利用特有的系统控制和检测软件,处理每幅电池图像信息,检测结果通过列表形式给出损伤电池的位置、破损类型、破损度等参数。现场试验结果表明:该系统的检出率达98.5%以上,检测速度为每分钟20片电池,达到了快速、高精度、自动化检测太阳能电池阵的使用要求。     

粘纤单丝数目自动检测系统的研究

针对化纤企业生产、检测的需要,研制了一种粘纤单丝数目自动检测系统。系统采用环形光源,从周围均匀照明经静电和高速风两次分离的粘纤,再由成像物镜将分离的粘纤清晰成像至高速面阵CCD传感器靶面上,基于Directshow技术自行编制出图像采集程序。利用自主研发的图像处理软件,处理粘纤图像信息,自动计算其单丝的数目,并给出判别结果。在图像处理方面采用分行消包络阈值分割法和连通域跟踪计数法,解决了粘纤计数中的胶丝重叠、分叉等关键技术难题,保证了计数准确率。该系统具有精度高、检测速度快等特点。     

基于独立分量分析和粒子群算法的太阳能电池表面缺陷红外热成像检测

根据红外成像特性及太阳能电池电致发光原理,研究一种基于限制式独立分量分析(ICA)模型和粒子群优化(PSO)方法的太阳能电池组件表面缺陷检测方法。利用太阳能电池红外图像的结构特点,首先设计一种ICA滤波器,并使用具有多方向搜索特性的PSO算法来求解ICA的分离矩阵,求解中加入限制式,使图像正常区域经滤波后有一致的反应值并有效凸显缺陷区域。然后使用ICA滤波器对图像进行旋积运算,最后使用阈值分割得到检测结果。实验结果表明,提出的ICA滤波检测方法对太阳能电池组件表面缺陷检测效果显著,检测精度高,能很好地区分背景和缺陷。     

高分辨高灵敏度 CCD图像传感器驱动时序设计许涛1,张振海1, *,石志国2,张东红3,侯帅1,张亮1,王健1,

在分析面阵CCD图像传感器结构和驱动时序基础上,针对高分辨率高灵敏度ICX694ALG大面阵CCD图像传感器 ,研究其驱动时序发生器。以现场可编程门阵列 ( FPGA) 作为硬件平台 ,通过Verilog HDL硬件描述语言对该驱动时序发生器进行了硬件描述,采用ISE软件进行功能仿真,并针对XILINX公司的可编程逻辑器件XC3S1000进行了硬件适配。仿真测试表明,FPGA驱动时序发生器能够满足高分辨高灵敏ICX694ALG大面阵CCD图像传感器驱动要求,达到了设计要求。     

利用线阵CCD自动测量航空相机镜头的焦距

提出了一种以线阵CCD固态传感器取代读数显微镜的航空相机镜头焦距测量系统。论述了系统的工作原理、软件和硬件的设计及系统的测量误差。结果表明 ,利用线阵固态图像传感器取代读数显微镜 ,把特定物体经透镜成像的大小转换为电信号的脉宽 ,并利用计算机技术自动处理测量数据 ,从根本上克服了用读数显微镜进行测量的缺陷 ,实现了航空相机镜头焦距的实时精确地在线测量     

一种用于大坝混凝土声层析成像用水听器线阵

声层析成像技术可以用图像的方式精确完整地反映层析面上检测体内部质量,是一种有效的无损检测手段。在大坝混凝土的安全隐患检测中发挥着越来越重要的作用,本研究旨在研制成像用的接收声波的水听器线阵,水听器线阵由12个水听器阵元组成,阵元间隔2m,水听器由直径40mm的接收型压电园管和前置放大器组成,水听器在低于20kHz的频率范围内,自由场接收电压灵敏度为-173±-3dB,在2MPa静水压力下灵敏度下降不超过2dB。制作了二例了具有清晰接收波形、一致性和可靠性好的水听器线阵,最终为客户在现场实地获得了高质量的层析图像。     

一种用于大坝混凝土声层析成像的水听器线阵

声层析成像技术可以用图像的方式精确完整地反映层析面上检测体内部质量,是一种有效的无损检测手段,在大坝混凝土的安全隐患检测中发挥着越来越重要的作用。本研究旨在研制成像用的接收声波的水听器线阵,该水听器线阵由12个水听器阵元组成,阵元间隔2 m,水听器由直径40 mm的接收型压电圆管和前置放大器组成。水听器在低于20 k Hz的频率范围内,自由场接收电压灵敏度为-173±3 d B,在2 MPa静水压力下灵敏度下降不超过2 d B。制作了2例具有清晰接收波形、一致性和可靠性好的水听器线阵,最终为客户在现场实地获得了高质量的层析图像。     

应用CCD的透镜曲率自动测量系统

本文介绍了一种以线阵ＣＣＤ固态图像传感器取代读数显微镜，能自动测量和实时显示结果的透镜曲率测量系统，论述了系统的工作原理、软件和硬件的设计及装置的测量误差。     

硅薄膜太阳能电池研究的进展

从制备方法、材料和结构的观点出发,概述非晶硅（a-Si)和多晶硅（poly-Si)薄膜太阳能电池研究的进展。对非晶硅特别是对多晶硅薄膜太阳能电池研究的重要结果进行了讨论。阐述非晶硅太阳能电池的各种应用,并对其光电系统进行介绍。对太阳能电池新产品如太阳能电池屋顶瓦及超轻灵活的太阳能电池的开发也作了简介。对由太阳能电池提供动力的空调设备作了叙述。讨论所得出的创新方案。     

大面阵CMOS APS相机系统的设计

基于大面阵CMOS APS图像传感器LUPA-4000设计出一个相机系统.通过对LUPA-4000驱动时序的分析,选用FPGA作为驱动信号产生载体,使用VHDL硬件语言设计了包括CMOS传感器驱动、通信、数据转换等一体化的程序,并分别对各个程序模块进行说明.设计了系统硬件电路,并加载程序对CMOS传感器驱动信号进行测试,给出了控制像素积分信号的测试波形.经测试相机电路系统与计算机通信正常,与下位机数据传输准确无误,系统整体运行稳定可靠.安装光学系统后获取了高质量图像.     

圆形阵列无线传感器的鸟鸣声检测方法*

针对海岛湿地自然保护区鸟类等发声动物监测困难的问题,开发了基于物联网的圆形阵列无线传感器实时在线监测系统。鉴于保护区现场环境条件的特殊性,为保障传感器系统在野外长期稳定运行,需减少无鸣声数据的传输量来减轻系统负担,该文提出了基于子带能量谱熵比的动态双门限鸟类鸣声端点检测算法,对监测数据的有效鸣声段检测后实时回传到云平台。经过仿真和野外实测数据对比了不同信噪比下的鸣声检测性能,结果表明在暴风雨、风浪等海岛自然环境噪声下,鸟鸣声端点检测算法的准确率达90%以上,基本可实现海岛环境中的有效鸣声端点检测,提升了圆形阵列无线传感器系统的可靠性。     

Lens Sag Measurement of Microlens Array Using Optical Interferometric Microscope

This study attempted to develop a detection system for lens sag of the microlens array in real time using an optical automatic inspection framework to link with the computer through a camera. An image processing technique was applied to detect the spherical microlens array, and then, the results were compared.The system light source used laser light and applied CCD to collocate with the microscope array to form an automatic optical detection system for an optical interferometric microscope. It applied the principle of the Fizeau interferometer, illuminated the surface of microlens array, and formed the phase difference required by the interference of two lights through the laser light reflected by the reference plane and the surface of the microlens array, thus, forming an interference fringe.When the sag of the microlens was much longer than the wave length of the detection light source, the fringe would be densely distributed, thus, only a few central fringes were clear in the microscopic image. An image processing method was used to search the center of the interference fringe and a creative algorithm was utilized to obtain the lens sag of the microlens. As proved by the experiment, lens sag of 4 microlens arrays were detected in real time, with a minimum detection error of 0.08 μm, and a maximum detection error of 4 μm (error value 1 ~ 9%), according to different sample processes. This system featured a simple structure and is applicable to non-contact detection and detection of different-sized microlens arrays.     

点光源反射镜法向标校技术

针对基于反射式点光源进行在轨辐射定标过程中反射镜法向标校建模不够完善的问题,提出基于反射镜与相机几何模型的反射镜法向标校及矢量控制算法.通过解算模型求解相机与反射镜间的几何误差,建立了太阳图像质心坐标与反射镜法向之间的关系,可实现多点自动化标校反射镜法向,提高镜法向标校及系统指向精度.实验结果表明,利用解算后的几何模型反解不同时刻质心坐标进行多点反射镜法向标校,相机观测太阳像素角分辨率标准误差分别为:X轴方向0.02165°、Y轴方向0.01982°,综合角分辨率误差为0.02936°,优于太阳观测器对反射镜法向标校精度.实现了相机观测太阳取代人工借助太阳观测器观测太阳的自动化镜法向标校,扩展了标校灵活度,系统综合指向精度优于0.1°,为固定实验场联网自动化集中控制不同能级梯度的点光源阵列在轨辐射定标和调制传递函数检测奠定基础.     

基于深度神经网络的太阳能电池组件缺陷检测算法研究

针对太阳能电池组件中电池片出现隐裂导致整片电池破碎,最终影响整个组件发电量的问题,在对电池组件光致发光（PL）图像待检测区域筛选定位的基础上,提出了一种利用卷积神经网络（CNN）进行电池组件隐裂缺陷检测的方法。首先利用PL成像方法获取电池组件图像,然后对图像进行预处理,基于聚类的方法对待检测目标区域进行筛选定位,最后利用3种不同结构的卷积神经网络模型对电池片进行缺陷检测,并进行准确率对比,使最优识别准确率达到99.25%。实验结果验证了该方法能准确地检测出太阳能电池组件的隐裂缺陷。     

面阵傅里叶变换太阳光谱仪高速采集系统设计与实现

同时或准同时多谱线太阳成像观测可以获得太阳大气三维磁场和热力学参数,是未来太阳观测焦面终端设备的重点发展方向。傅里叶光谱仪具有宽波段、高灵敏度、高光谱分辨率的优势,但因受限于高帧频、大面阵探测器制约,尚未用于太阳光谱成像常规观测。随着CMOS图像传感器技术迅猛发展,在可见光和近红外波段,探测器面阵大小和帧频相比传统CCD探测器有了质的提升,使得面阵傅里叶太阳光谱仪研制成为可能。通过引入高帧频面阵CMOS图像传感器,针对面阵傅里叶变换太阳光谱仪科学需求,设计了一套高速数据采集软硬件系统,实现了面阵傅里叶太阳光谱仪10 kHz高速触发,万帧/秒快速采集,0.5 GB·s-1大数据量连续、实时存储等功能。在此基础上,依托国家天文台怀柔太阳观测基地现有的IFS-125HR傅里叶变换光谱仪, 搭建可见光实验系统,以可见光色球谱线（Hα 656.3 nm）及其附近光球谱线为目标波长,开展面源太阳光谱探测。分别以实验室钨灯和太阳为光源,进行等光程差间隔采样,成功获得了面阵干涉图,首次反演得到面源窄带连续谱以及656.3 nm附近太阳色球和光球线。采用交叉定标方式,将得到的太阳光谱与美国国立太阳天文台NSO傅里叶变换光谱仪获得的标准光谱在同等分辨率下进行比较,结果基本一致,验证了新研制的面阵傅里叶太阳光谱仪高速数据采集系统性能及面阵傅里叶变换太阳光谱仪在太阳观测中的可行性。该研究为后续可见光宽波段面阵傅里叶太阳光谱仪的研制奠定了技术基础,同时为“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（AIMS）后续从线源扩展到面源观测积累了宝贵经验。     

基于脉冲耦合神经网络的弹簧卡箍缺陷检测

传统的弹簧卡箍缺陷多为产后人工全检,存在漏检与缺陷率上升等现象,这不但会使成本上升、也对人力资源提出了考验。为此实现自动实时在线全检就成为急需解决的课题,设计了基于机器视觉的弹簧卡箍在线自动检测系统,该系统安装在弹簧卡箍流水线两侧,搭建特定光源,通过激光传感器外部触发工业相机对其表面进行图像捕获,送上位机进行缺陷判定与定位,最后通过RS485将判定结果送下位机来控制剔除机制。实验结果显示：该系统采用改进的脉冲神经网络(PCNN)能准确提取目标缺陷区域并对缺陷进行判定,可在0.348 s每个零件的速度下,检测出弹簧卡箍表面大于10像素的缺陷。通过对不同弹簧卡箍进行检测验证实验,证明了PCNN算法对缺陷分割的准确性和有效性。     

基于FPGA的OV7620视频信息获取系统

为了满足实时、快速地获取并处理视频信息,提出以Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8为核心芯片构造硬件开发平台,使用Verilog HDL语言对CMOS图像传感器OV7620的驱动时序进行硬件描述。系统采用SCCB编程模式,建立FPGA芯片与CMOS图像传感器之间的通信,实现信号的控制与获取。为了实现在不同环境和需求下的操作要求,设定了CMOS图像传感器内部的相应寄存器和控制器。实验结果表明,该系统通过灵活控制CMOS图像传感器OV7620,为实现视频监控、工业现场监控等应用提供了稳定可靠的原始信息来源。     

面阵CCD自动检测系统中图像等距采集的智能实现

本文说明了以面阵ＣＣＤ作为图像传感器的自动检测系统中，等距图像采集的工作原理，软、硬件实现方法。结果表明，系统能有效地沿运动方向定位，减少数据冗余。