工业零件的产品检测是保证零件质量合格最重要的环节。传统的接触式检测方法难以满足工业现场高效、高精度等需求, 基于机器视觉的图像测量系统已广泛应用于检测产品的几何参数。非透明物体形成的高对比度图像的测量已经进行了大量的工作, 针对透明物体形成的低对比度图像的研究相对较少。以直角棱镜为对象, 开发了一种用于测量低对比度产品尺寸的图像测量系统。对不同光照强度下采集到的图像进行平均, 得到平滑的图像; 采用限制对比度的直方图均衡化算法增强图像的对比度和使用Zernike矩边缘检测算法确定精确的亚像素边缘。通过多个对比实验验证了改进算法的合理性和优越性。棱镜厚度的平均误差小于0.003mm, 标准偏差小于0.0015mm。提出的方案为相对透明物体的高精度测量领域提供了一种可行性方案。

利用单晶炉中特殊结构在硅熔液上的倒影图像目标, 通过图像处理进行高温硅熔体液面变化的非接触式检测。首先比较不同图像分割方法对倒影图像处理的效果, 选取最优图像分割方法处理不同单晶硅液位的倒影图像, 其次采用不同角度、不同尺寸ROI(感兴趣区域)对图像进行分割, 并提取分割后的目标像素面积, 最后利用像素面积变化与对应液位变化之间的比值系数和像素面积变化的标准差相结合的评价函数对图像处理效果进行对比。结果表明, 采用动态局部阈值分割法和大尺寸且垂直于相机视角的ROI对图像进行处理, 使得评价函数值最大, 兼顾了单晶硅液位检测的灵敏度和精密度。

基于标量衍射理论,利用相干叠加的方法,研究了可以产生空心焦场的二元环带相位板。推导了各环带半径应满足的解析表达式,通过数值计算研究了环带半径对空心焦场的影响规律。研究结果表明,在焦平面上,相位板环带半径对旁瓣比和最大光强比的影响较大,对空心焦场半径的影响较小,增加环带数能够减小旁瓣比,增大最大光强比。在轴向上,环带数增加并不能增大最大光强比,环带数和环带半径对旁瓣比和最大光强比的影响较大。对于二元环带相位结构,旁瓣比和最大光强比仅取决于环带半径,和数值孔径无关;在焦面上,空心焦场半径和数值孔径成反比,在轴向上,空心焦场半径和数值孔径的平方成反比。

从大景深成像系统实际所需要的景深、分辨率以及最小调制传递函数MTF响应值出发,本文建立了相位模板的个性化优化设计模型。在设计景深、分辨率范围内,以保证系统的MTF值大于设定的最小MTF响应值为优化限制条件,以不同离焦对应的光学传递函数的Fisher信息的积分作为优化目标函数。对波前编码系统的立方相位模板CPM和指数相位模板EPM进行了几组优化设计。同时,给出了后续的图像复原滤波器表达式。结果表明,得到的个性化相位模板和图像复原的结合,能够满足系统的实际需求,系统总的传递函数接近衍射受限系统的传递函数。

在普通光学成像系统中引入相位模板和数字图像复原技术,可以增大系统的景深.本文设计了一种新的由多个等面积环形区域组成的纯相位模板,相邻的环形分区交替补偿高斯物面两侧离焦.同时,基于频域滤波理论和MTF离焦不变性质,给出了相应的不依赖于离焦程度的图像复原滤波器的表达式.系统的MTF曲线、MTF密度图和Spoke图结果表明系统具有大景深特性.通过适当调整模板参量,系统景深可以达到普通光学系统的4倍以上.系统可以应用到生物和医学的显微成像、机器视觉等多个领域.

研制了一种基于CCD成像和数字图像处理技术的宽幅胶片弊病在线检测系统.在红外光源提供均匀照明的条件下,采用两台高分辨率线阵CCD摄像机对运转速度为90 m/min、宽幅为1300 mm的胶片实时成像,利用简化了的平滑去噪和边缘检测算法进行处理,并通过双阈值判据及时发现弊病,保存弊病位置信息和弊病图像.系统检测能力为横向80 μm,纵向500 μm,能够检测出各种典型的弊病.