针对大型金属桶内底部高反射表面缺陷检测难度大的问题,提出了一种内窥式的机器视觉检测方法。综合考虑金属桶的结构特性和表面特性,结合双向散射分布函数,对桶底的非正向照明方案进行了仿真研究。结果表明,在理论条件下,桶底照度呈现良好的均匀性。对应的实验验证结果显示,实际照明情况与仿真结果基本一致,相比于一般照明方式,图像的质量得到了有效提高。

设计了一种微小型光学元件尺寸的视觉测量系统。提出一种穹顶光和同轴光结合的暗场散射照明方案来突出元件的表面特征;利用子区域和全图的亮度差值进行光照补偿,以消除边缘重影;针对边缘局部亮度过高且不均的问题,使用基于区域分割的Otsu算法提取边缘。使用最小二乘法拟合元件边缘计算尺寸。实验结果表明:基于区域分割的Otsu算法测量长和宽的平均误差分别为1.5 μm和4.1 μm,较Canny边缘检测算法测量的结果,减小了10 μm以上,测量不确定度为0.5 μm和1.1 μm,较改进前的算法,受光照影响小,准确度和鲁棒性更高。

根据薄膜窄带滤光片在倾斜入射时的特性, 通过改进间隔层膜系结构来调整其等效折射率, 可以设计出具有稳定透射峰值和带宽的角度调谐窄带滤光片。根据与密集波分复用(DWDM)系统相关的通道频率、插损、带宽、隔离度、偏振相关损耗(PDL)等八个标准,结合薄膜矩阵理论与新构造的评价函数,构建了一个可调谐滤光片膜系,通过改变各参数的权重因子,得到满足不同要求的最优膜系。利用构建的系统,优化设计了分别用于O波段和C波段100 GHz密集波分复用系统的具有高隔离度、低偏振相关损耗的角度调谐窄带滤光片。C波段膜系的最大调谐角度达11°,相邻通道隔离度可达-30.3 dB,最后对其透射特性以及影响调谐角度极限的因素进行了分析。

高分辨率图像的获取是图像模式自动识别的前提和基础。以稻田害虫为对象,研究立体害虫多聚焦成像问题。以Harris角点数和图像熵为图像质量检测标准,采用基于小波变化的图像融合算法,针对不同倍率的稻田害虫图像,分析图像采集时的步进量对图像融合分辨率的影响。通过实验对比,获得最佳的图像采集与图像融合策略,得到放大倍率与最适步进量的关系曲线。实验结果显示,该方法对于立体害虫采集有较好的景深扩展能力,可为建立高质量稻田害虫样本图像数据库提供有效手段。

为了研究扫描近场光学显微镜(SNOM)光纤探针的光学特性, 采用基于场追迹方法的光学软件VirtualLab Fusion进行了仿真实验, 取得了SNOM光学探针尖端外部光场的分布情况。结果表明, 沿z轴方向, 不同截面上的光场分布都会呈现小孔衍射的图案, 其中心斑点中心强度随着z值的变大而呈近似指数函数衰减, 到z=100nm位置处几乎衰减为0; 中心斑点轮廓线的半峰全宽随着z值的变大而呈现先不变后增大的趋势, 其拐点处于z=20nm位置处, 此时对应的中心强度值为7.2V/m2,这个强度值按指数函数计算正好处于z=0nm位置处强度的e-2。结果清晰显示了SNOM光学探针的光学特性, 证实SNOM探针工作时需要与样品表面保持在10nm左右的必要性。

本文首先运用耦合传热理论与 EFD软件, 对一种 LED灯具的温度场、流场、压强场进行仿真, 再对仿真结果图进行图像处理, 提取热流场分布的边缘曲线, 并以此曲线方程为依据, 在总重量不变的情况下, 设计了一种曲线型散热结构, 可以使热流场分布均匀化, 并且更有效地利用周围空气进行散热。结果表明, 在 20℃环境中, 曲线型散热结构可使最高温升降低 12℃, 最大相对压强减小 0.95 Pa, 流场流速分布更均匀, 且居于较大流速的流体比例有明显提高。为进一步简化模型, 又将曲线形状的翅片优化为逐渐向两边外侧倾斜的角度型翅片, 使优化后的最高温度较曲线型又下降了 7.1℃。最后通过实验对比证明角度型散热结构具有更好的散热效果, 且减少了对生产加工工艺的要求。

易开盖刻痕深度是决定罐头包装质量的关键参数。为了满足在工业现场自动测量刻痕深度的准确度和稳定性要求，提出了一种基于光切法的机器视觉系统，具有三维精密定位功能和图像测量功能。针对易开盖刻痕光切图像特点，实验分析了在x-y 平面上不同测量位置与光带斜率之间的几何关系，提出一种平面定位算法来自动检测和矫正光带投射位置；采用6 种调焦函数对光切图像进行处理，以单峰型和无偏性为评价标准，提出一种以灰度变化率之和函数为粗调焦函数，Laplacian 函数为细调焦函数的调焦算法，来调整被测刻痕在z 方向上的正确成像位置，实验结果表明该算法具有良好的单峰性、无偏性和灵敏度。

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为一种场致发光光源,已经获得广泛的应用,但在影像测量中的下照明领域还处于起步和探索阶段.影像测量中,光照不均匀或者光强不适,都会影响所拍摄图像的质量.为获得高质量的图像,设计一种基于PWM数字可调的均匀光源系统,用于下照明的影像测量.系统通过正交实验法获得环形的LED阵列、灯的倾角、LED灯的数量、LED的环形直径等,搭建光源系统,使得LED环形阵列在视场2 cm内获得均匀的光强,结合LED发光特性设计PWM脉冲发生电路,通过上位机的软件让均匀光源强度256级可调,适合各种不同的场合,增强实用性.实验数据表明,利用光学显微影像测量系统,在最小放大倍率07倍以及最大放大倍率45倍两种极端情况下,检测4个级别的光强均匀性都超过了83%.该系统完全能够在影像测量中达到要求.

为了研究基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响，基于原子的粒子运动，采用数值计算对基片切割会聚激光场不同部位时高斯激光驻波场光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹进行了仿真。研究结果充分显示了基片位置对上述三方面的影响。虽然基片会对激光产生衍射，但是无论衍射存在与否，沉积条纹半峰全宽的最小值和中心峰值的最大值都出现在基片表面和激光中轴线重合的位置。此时，衍射将使条纹中心峰值降为非衍射时的0.96倍，同时，半峰全宽增加至非衍射时的1.03倍。另外，仿真结果显示，不管是否考虑衍射，垂直于激光中轴线方向(y方向)上沉积条纹的中心峰值随y值的增加呈现单调减小的趋势，而条纹半峰全宽随y值的增加呈现单调递增的趋势。

针对大功率阵列LED车前灯的散热节能问题，以计算流体动力学为理论依据，采用Ansys-icepak建模，仿真时以模型几何参数为变量、模型最高温度和质量为约束函数、模型热阻为目标函数，分别对LED汽车前照灯的插片式鳍片、圆柱式鳍片两种被动散热结构单模组进行设计、仿真和优化，结果表明，在初始环境温度85 ℃的相同边界条件下，优化后的插片式鳍片模型重量0.2756 kg、最高温升12.52 ℃、热阻1.026 ℃/W，优于圆柱式鳍片模型，且符合LED车灯散热标准。整灯设计时，在车灯组前方底部设置进气格栅，在后上侧设置出气口，利用汽车向前行驶而产生的反方向风速加强内部对流，使车速在一档内的2 m/s时整体温升就低于10 ℃，有效提高了散热效率。