CCD像元尺寸对傅里叶变换法相位测量精度的影响

针对傅里叶变换分析法中的离散过程理论分析存在的不足,对CCD采样过程中影响相位测量精度的主要因素进行了详细分析和仿真研究.讨论了CCD像元尺寸在采样过程中对傅里叶变换频谱的影响,理论分析了傅里叶变换法中CCD像元的尺寸、随机噪声和量化误差对相位测量精度的影响.计算机仿真和实验结果均表明,用傅里叶变换分析法对具有不同密度的干涉图进行分析时,CCD像元尺寸对采样后输出的光强信号的调制度、信噪比和频谱展宽均有影响,像元尺寸越大,采样后条纹信号的调制度和信噪比越低,其频谱展宽越大,经相位解算后得到的相位测量误差越大.以相位测量误差的RMS值大于0.05λ作为判断基准,信号的信噪比约为20,为扩展傅里叶变换分析法的动态测量范围提供了理论基础.     

矢量光束空间偏振编码的研究

矢量光束独特的空间偏振结构使之应用于空间偏振编码成为可能。提出了一种用一阶矢量光束的偏振分布进行极角空间编码的方法。通过矢量光束生成、光束偏振分布再调制实现了空间编码光束的生成,并采用斯托克斯参数法对空间编码光束进行检测。实验结果证实了一阶矢量光束应用于极角空间偏振编码的可行性,为基于空间偏振编码的激光驾束制导提供了新方法。     

基于改进Sobel算子的动态自动调焦算法研究

为了提高自动调焦算法在动态环境下的性能, 对调焦评价函数和调焦搜索策略进行了研究。在分析人类视觉系统特性研究成果的基础上,提出一种基于8方向Sobel算子边缘加权的调焦评价函数。同时,为了克服传统爬山法搜索速度慢的缺点,采用自适应变步长极值搜索策略,通过仿真实验可知,提出的8方向Sobel边缘检测算子具备良好的边缘提取效果,同时基于此算子结合人类视觉机制特性给予各边缘不同权重系数计算的调焦评价函数, 比经典两方向Sobel算子调焦评价函数具备更好的抗干扰能力。最后搭建基于液体透镜的实验平台,在动态环境下验证改进算法的性能。实验结果表明,提出的自动调焦算法在动态环境下调焦准确率达到97.5%。     

干涉条纹空间频率对数字叠栅移相干涉测量精度的影响

基于数字叠栅移相干涉原理,分析了CCD像元尺寸、随机噪声和量化误差对采样后干涉条纹和合成叠栅条纹对比度的影响,并就干涉条纹频率对叠栅移相干涉相位测量精度的影响进行了理论分析和仿真研究。结果表明,随着干涉条纹空间频率的增大,CCD的采样过程、随机噪声和量化噪声会影响叠栅条纹信号的对比度和信噪比,并通过相位解算过程直接影响数字叠栅移相干涉的相位测量精度。以相位测量精度为π/50(折合光程差精度为λ/100)作为判断标准,对应可探测干涉条纹的最大空间频率为0.45λ/pixel,为后续数字叠栅移相干涉测量范围的研究提供了定量理论依据。     

基于优化迭代算法的细胞荧光光谱解析

使用光谱测量方法进行细胞多色荧光分析时, 发射光谱会产生部分光谱重叠, 为定性和定量分析造成了一定的困难。为此, 提出基于优化迭代算法的细胞荧光光谱解析算法, 建立重叠峰模型并确定单峰顶点; 根据每次构造峰面积的大小, 重新确定构造峰的构造方式, 最终得到模拟峰的顶点及面积信息。利用该算法对高斯函数叠加形成的重叠峰进行解析, 并与常规方法进行对比, 结果表明优化迭代算法解析误差稳定在0.15%以内; 加入随机噪声后, 解析误差可稳定在0.85%以内, 均优于另外两种算法。此外, 计算了该算法下的迭代效率, 结果表明该算法较常规方法提高了32.2%。     

一种基于液体透镜的仿生视觉快速调焦方法

为了提高仿生视觉系统中调焦方法的实时性,在对基于液体透镜的仿生视觉系统调焦控制方式进行研究的基础上,提出一种改进的快速调焦方法,实现系统焦距快速调节的功能。首先将基于激光位移传感器的主动式调焦结果作为预正焦点的判断准则,然后利用基于Sobel算子的灰度梯度评价函数并结合改进的爬山搜索算法对焦距进行精细调整,最后搭建仿生视觉成像系统实验装置,验证本文方法的准确性及实时性。结果表明,利用提出的快速调焦方法,在调焦过程中对同一场景不同模糊程度24帧图像的处理时间可以达到257 ms,相比于传统的自动调焦方法在速度上有很大提升。     

CCD像元尺寸对傅里叶变换法相位测量精度的影响

针对随机抽样一致性算法(RANSAC)计算量大、耗时长、匹配点选取不当会影响变换矩阵精度、阈值的鲁棒性较差, 以及不能完全去除误匹配等不足, 提出了一种基于SIFT特征和误匹配逐次去除的图像拼接算法。该算法首先提取图像的SIFT特征, 并利用近似的最近邻搜索算法(BBF)进行特征初始匹配, 然后利用一种误匹配逐次去除的迭代算法正确地估计图像间的变换矩阵。在这种误匹配逐次去除的迭代算法中, 采用预检测模型的方法, 减少了迭代运算的数据量, 提高了拼接速度; 采用匹配点按块随机选取的方法保证了变换矩阵的稳定性和精确度; 通过逐次筛选去除误匹配, 且在筛选过程中采用自适应阈值, 完全去除了误匹配。实验结果表明, 该算法在保证较高精度和鲁棒性的情况下, 缩短了拼接时间, 提高了拼接效率。     

用于大孔径凸非球面检测的部分补偿透镜的优化设计

针对部分补偿法和子孔径拼接技术对大孔径凸非球面进行测量时,部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一,基于ZEMAX软件对用于大孔径凸非球面的部分补偿透镜进行了优化设计,以波前斜率作为优化目标,通过直接观察弥散圆半径对全口径的光线进行优化。设计结果表明,用结构简单的单片部分补偿透镜即可实现对大孔径凸非球面的面形测量,在不同的子孔径区域,部分补偿系统在理想焦面处的弥散圆最大半径均小于165 μm,满足设计要求,验证了结合部分补偿法和子孔径拼接技术测量大孔径凸非球面的可行性。     

基于可见光及近红外的仿生视觉成像技术

为了解决传统单通道仿生视觉成像系统应用场景受限的问题,提出一种基于可见光及近红外的仿生视觉成像技术.首先,对多光谱光学成像系统进行研究,设计了以棱镜为分光元件的同口径双通道成像系统,对目标物体进行初步成像.然后,利用基于Roberts算子的图像清晰度评价函数并结合自适应变步长搜索策略对目标物体进行清晰成像.最后,搭建了以液体变焦透镜为调焦执行机构的实验装置,验证仿生视觉成像系统及自动调焦算法的实际性能,实验结果表明:光学系统的成像质量可满足实际需求,同时,自动调焦算法完成一次调焦过程的时间仅为1050 ms.     

基于Zemax的部分补偿透镜的优化设计

用部分补偿法检测非球面时,部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一.针对这一难点,提出了一种以剩余波前斜率作为优化目标的基于Zemax的部分补偿透镜设计方法,分析了剩余波前斜率与干涉条纹密度以及弥散圆之间的关系,得到了弥散圆可以定量表征剩余波前斜率的结论,并将弥散圆半径作为优化函数.针对3种不同参数的非球面进行了部分补偿透...