色度计量与装置

分析了彩色套印误差的检测原理,提出了一种消除光电探测器光谱响应不均匀和彩色印刷系统走纸速度不稳定所引起的检测误差的方法。根据此方法设计了一套高精度色标检测系统,该系统以色标脉冲中心位置延迟一定时间之后的时刻作为色标到来时间的标志,提高了套印色标位置误差的检测精度。     

ICF靶丸装配误差检测

针对激光惯性约束聚变装置中靶丸装配误差检测困难、要求精度高的特点,研制了一套用于微靶装配参数检测的测量系统。提出了一种基于激光与CCD的复合式测量方法,建立了二者数据融合的数学模型,通过标定空间位置关系有效地把二者的测量数据融合到同一个坐标系中,从而实现了高精度三维测量。分两种情况讨论了靶丸装配误差的检测方法。实验结果验证了这两种方法的可行性,并比较了两种方法的测量精度,其极限测量误差均不超过3 m。     

显微视觉检测系统精度分析及校准技术

为提高显微视觉检测系统的检测精度,建立了检测系统的误差模型,分析了影响检测系统精度的因素,给出了运动系统及视觉系统的误差补偿方法;提出了一种开环控制加位置检测的运动控制方式和一种基于多项式拟合的图像边缘检测算法;实验结果表明,提出的运动控制方式和边缘检测算法有效降低了显微视觉检测系统的系统误差,提高了微小型零件的检测精度。     

计算全息图案位置误差致波前误差的标定方法

通过对计算全息图检测非球面的误差进行分析,提出了一种用于计算全息图检测非球面过程中图案位置误差引入的波前误差的标定方法。该方法先设计检测过程中所需要的辅助波前和检测波前在计算全息基板上所对应的相位分布,再通过光场叠加的方式得到复合相位。辅助波前用于计算实际位置与设计位置的偏差,进而计算出位置畸变引起的检测误差,并将其从系统中消除。检测波前用于得到与非球面匹配的波前,进而对非球面面形进行检测,并提出了图案位置误差引入的非球面波前差的计算方法。为评估该方法的可行性,将复合相位所对应的计算全息图导入衍射计算软件中进行仿真,同时得到了平面、球面和非球面各个级次的衍射光斑,证明了该方法的正确性。     

基于镜像焦面检测对准标记的套刻性能原位测量技术

套刻性能是现代高精度步进扫描投影光刻机的重要性能指标之一。提出了一种基于镜像焦面检测对准标记(简称“镜像焦面检测对准标记”)的光刻机套刻性能原位测量技术。该技术通过对曝光在硅片上的镜像焦面检测对准标记图形进行光学对准,利用标记图形对准位置与理想位置偏差实现套刻性能的原位检测。实验结果表明该技术在进行套刻误差的精确测量的同时还可以全面、定量地计算影响光刻机单机套刻误差的场内参量及场间参量。与目前套刻性能原位测量技术相比,该技术有效地避免了测量精度对轴向像质限制的依赖,简化了光刻机整机性能检测的过程。     

光斑缺碎情形下光学天线光轴对准实验研究

针对同时存在方位偏移及俯仰误差的情况,提出了一种适用于捕获、对准与跟踪系统的光斑检测方法.分析了破碎光斑与高斯完整光斑的位置误差;解决了当光束存在漂移、入射光束与天线视轴不平行同时存在而四象限探测器无法分别探测的问题.最后实验验证了本文方法的有效性,提高了检测的准确度.     

基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术

双N步相移轮廓术虽然可以大大降低由于光栅条纹的非正弦性所导致的相位误差,但增加了一倍的投影条纹数量,降低了测量效率。针对此问题,本文提出一种基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术,它将原相移条纹和附加相移条纹编码成双色条纹,融合到一幅彩色光栅条纹中投影,然后从采集的彩色条纹中提取两套条纹的相位信息,分别解包裹相位后,融合两包裹相位以减小相位误差。为验证所提方法的有效性,将该方法与两种典型的相位展开算法结合进行实验。实验结果证明,所提方法能有效降低相位误差,且不需要增加任何额外的光栅条纹,测量效率提高了46%。     

多光通道条纹投影系统误差测量与补偿

基于相位计算的多通道三维测量技术由于同时使用多个光通道,通道间串扰和色差、镜头畸变以及器件非线性响应等多种误差耦合在一起,影响测量效果和检测精度.针对该问题,从采集图像的误差类型出发,将误差分为图像像素亮度与实际亮度之间的光强误差和图像像素空间分布的位置偏差,以此分别构建了光强误差关系和位置偏差关系并对检测系统进行定量测量.最后提出一种系统误差补偿方法,利用建立的误差关系修正了采集图像光强亮度和像素位置偏差,同时补偿了上述误差对测量结果的影响.实验结果表明,利用本文提出的误差补偿方法对标准台阶进行多通道三维形貌测量,测量误差从0.678 mm减小到0.031 mm,该方法对此类系统的高精度三维测量具有实用价值.     

基于机器视觉的圆孔尺寸测量系统研究

针对常见的圆形目标检测,开发了一套基于机器视觉技术的圆孔尺寸测量系统,采用混合噪声滤波、模糊和遗传边缘检测方法从采集的零部件图像中,提取出圆孔图像的边缘,通过插值圆度检测方法,精确测量出圆孔的半径、面积等特征参数。测试表明,测量系统的平均值误差为0.010 5 mm,远远低于人工测量的平均值误差0.027 3 mm,能够满足工业应用中的精确性要求。     

一种大型望远系统波前检测的方法

 对传统S-H波前检测方法进行了改进的基础上，设计了一套适应于大型望远系统的波前检测方案。利用五角棱镜光束转向系统形成大型望远系统各子孔径准参考光束，实现依次扫描各子孔径；并用改进的S-H波前传感器实现依次探测各子孔径的波前。理论分析证明了由五角棱镜的制造误差和运动误差引起的波前倾斜误差在微变情况下，可通过波前修正方法予以修正，可有效地再现出望远系统自身波前误差。该方案可适用于大口径望远系统的波前检测。     

转镜式高速相机扫描速度检测装置及不确定度评定

基于光电转换基本原理，设计并研制了用于转镜式高速扫描相机扫描速度的检测装置，包括均匀脉冲光源、精密双狭缝、超快响应光电转换器以及高带宽、高采样率数字示波器等。论述了检测装置的核心部件，用该装置实测了SJZ-15型转镜扫描相机名义扫速为4．5mm／μs的扫描速度，计算出了扫速不均匀性。按照国军标GJB3756，对检测装置的测量不确定度来源进行了分析，给出了该装置的不确定度评定方法及测量不确定度，对检测结果的评定表明，该检测装置的相对测量不确定度不大于0．1%，远低于目前转镜扫描相机的最大扫速不均匀性水平。实验证明，设计的检测装置具有很高的准确度和可靠性。     

A geometric correction based robust color image watermarking scheme using quaternion Exponent moments

Most of the existing color image watermarking schemes was designed to mark grayscale images or use the color components, which ignore the significant correlation between different color channels. Recently, several approaches were developed to process the color channels intrinsically, but they always cannot counterattack geometric distortions. It is a challenging work to design a robust color image watermarking scheme against geometrical distortions. In this paper, we propose a geometric correction based robust color image watermarking approach using quaternion Exponent moments (QEMs). The novelty of our approach is that (1) the QEMs are derived to deal with the color images in a holistic manner, and (2) the QEMs are exploited for estimating the geometric distortions parameters in order to permit watermark extraction. Experimental results confirm the validity of our approach and its higher robustness against geometrical distortions compared to alternative watermarking methods in the literature.     

按波长分区的LCD颜色特征化模型

为了建立液晶显示器颜色计算模型,分别对EIZO CG19, IBM 19, DELL 19和HP 19 LCD显示器进行了通道独立性和颜色叠加性的检验。通过检验单通道和双通道数字驱动值与颜色三刺激值之间的关系可以验证各通道之间的独立性,从而证明了上述显示器的显示色与三原色光谱辐亮度函数之间存在线性叠加关系。实验中发现三原色光谱辐亮度与数字驱动值的关系是波长的非线性函数,提出了一种按波长分区法计算三原色光谱辐亮度函数的方法,用RGB三原色的测量光谱拟合出各波长辐亮度值与数字驱动值之间的三次多项式关系,利用这个关系可计算得到任意数字驱动值对应的三原色光谱辐亮度曲线,然后可按颜色相加关系由三原色光谱辐亮度曲线计算出任意数字驱动值下的显示色。实验结果表明,只需要测量少量几个数字驱动值下的光谱曲线就可以准确计算出任意数字驱动值下的三原色光谱辐亮度曲线,进而计算得到任意混合色的光谱辐亮度曲线,大大减少了测量样品数量。这种计算方法所需的测量样品数量少、计算准确度高,可以满足工业应用的精度要求,能作为LCD显示器颜色特征化的一种方法。     

Color image encryption by using Arnold transform and color-blend operation in discrete cosine transform domains

A color image encryption algorithm is designed by use of Arnold transform and discrete cosine transform (DCT). The RGB components of the color image are scrambled by Arnold transform at the aspect of pixel sequence. The scrambled RGB components are exchanged and mixed randomly under the control of a matrix defined by random angle. DCT is employed for changing the pixel values of color image. In this encryption scheme the operations mentioned above are performed twice continuously. The parameters of Arnold transform and the random angle serve as the key of the color image encryption method. Some numerical simulations are made to test the validity and capability of the color encryption algorithm.     

一种色度自适应投影标记点的选取方法

近年来,对物体的颜色显现力、光源光谱功率分布和自身表面反射光谱三者的定量关系方面的研究备受大家关注。在三维扫描测量领域,由于颜色特征具有反映物体材料和纹理等丰富信息的优势,提出了一种主要由彩色相机、投点光源和PC机组成的色度自适应投点仪结构,其中数字微镜(DMD)作为投点光源的核心元件用于调制R,G,B 三个LED光源的光谱功率分布。然而主动式标记点的颜色显现力因受未知反射光谱投影接受面的影响,其颜色特征往往难以识别和区分。为了提高投影标记点与不同反射光谱的投影接收面作为背景的分辨力,描述了一种色度自适应投影标记点的选取方法。在高维线性反射光谱建模的基础上,用光谱响应的方法对彩色投点仪设备特征化,以解决三通道彩色相机设备特征化精度低的问题。并通过样本训练为高维线性反射光谱的求解提供条件约束。继而,在CIE1931色度坐标空间下,选取与投影接收面背景色度坐标欧氏矩最大的色度坐标点。根据投点仪设备特征化结果,推导其LED最优设定值。最后,采用24孟塞尔色卡作为被投影对象,主动标记点与色块的色差作为其颜色显现力的评价参数,通过与激光二极管投点仪做对比性实验。实验结果表明对各不同色度的投点接受面,提出的色度自适应投影标记点的选取方法均有较好表现。     

Color restoration in the black-and-white video camera

A method of restoring the color information in a black-and-white video camera is proposed in this paper. The method is demonstrated by an experiment. The experiment contains two steps. Firstly, an environmental coefficient matrix is calculated by taking pictures on a calibration plate. Then, a restored picture is estimated by Matlab. The experiments have been done in different settings and in another dual-mode camera. All restored pictures are compared with the original ones. The results indicate that this method has precision, repeatability and adaptability to environment. If the system can be put to practical use, it will give clues to the criminal investigation.     

Single-channel vector magnetic information detection method based on diamond NV color center

A method of detecting the single channel triaxial magnetic field information based on diamond nitrogen-vacancy (NV) color center is introduced. Firstly, the incident angle of the bias magnetic field which can achieve the equal frequency difference optically-detected magnetic resonance (ODMR) spectrum of diamond NV color center is calculated theoretically, and the triaxial magnetic information solution model is also constructed. Secondly, the microwave time-controlled circuit module is designed to generate equal timing and equal frequency difference microwave pulse signals in one channel. Combining with the optical detection magnetic resonance technology, the purpose of sequentially locking and detecting the four formant signals on one side of the diamond NV color center (m_s=-1 state signal) is achieved, and the vector magnetic field information detection is accomplished by combining the triaxial magnetic information solution model. The system can obtain magnetic field detection in a range of 0 mT-0.82 mT. The system's magnetic noise sensitivity is 14.2 nT/Hz^1/2, and the deviation angle errors of magnetic field detection θ_x and θ_y are 1.3^o and 8.2^o respectively.     

荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究

为实现对水面油污染的探测, 根据荧光激光雷达系统的发展趋势, 采用激光诱导荧光技术, 建立了适用于水面油污染探测荧光激光雷达的系统模型. 提出采用单激光器结合增强电荷耦合器件的小型荧光激光雷达探测系统, 通过分析激光器单脉冲能量与探测浓度之间的关系, 结合荧光激光雷达系统参数, 对系统模型的探测能力与信噪比等进行了数值仿真. 结果表明, 系统选用单脉冲能量50 μJ的355 nm Nd:YAG激光器作为激发光源, 白天在7 m的距离处探测信噪比可以达到10, 满足实验室搭建模拟系统的要求. 针对实际探测水面油污染, 提出采用增大激光器功率的方法, 并通过模拟计算验证了采用50 mJ的单脉冲能量激光器在230 m的探测距离处可得到与实验室相同的结果, 对实际系统的搭建具有指导意义.     

High-precision image position sensing methods suitable for 3-D measurement

A high-precision image position sensing method for a position sensitive detector (PSD) with a kaleidoscopic mirror tunnel (KM-PSM) is introduced. In order to increase the relative resolution of the image position detecting element itself, a hybrid type position sensitive device (R-HPSD) has been invented. A 1-D mark direction sensing method (PM-DSM) which consists of a 1-D image position sensing element, a cylindrical lens and a parallel mirror tunnel is proposed for the realization of a high-precision and miniaturized 3-D position measuring system. Furthermore, an optical range sensing method (RORS), which is suitable for realizing a miniaturized optical range sensing probe based on the triangulation, is proposed.     

基于数字微镜的光谱可调星模拟器光源系统

为满足对星敏感器在各种谱线分布下对探测能力的高精度标定,提出了一种基于数字微镜的星模拟器光源系统设计方案,在一定程度上解决了由星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的问题。从理论上分析了光谱不匹配影响定标精度的原理,设计了基于数字微镜器件的光谱可调的恒星光谱模拟系统。采用遗传算法作为光谱匹配,通过遗传算法求解不同的光谱构造函数实现对不同光谱的模拟。最后分别对5 nm分辨率和20 nm分辨率的光谱模拟系统在3 900,4 800,6 500 K 3种色温下进行了测试。测试结果表明,该星模拟器的恒星光谱模拟精度在5 nm分辨率下优于2%,在20 nm分辨率下优于5%。