针对人工接触式硅棒参数检测中存在的耗时、低效、误检等问题, 提出一种采用四CCD机器视觉系统作为硅棒参数实时检测的非接触式测量方案。系统基于多目视觉检测原理, 以四CCD多目视觉检系统作为机器视觉检测前端数据采集模块, 拍摄待测硅棒表面轮廓图像信息。相邻两CCD构成正交双目交汇数据采集子模块, 子模块基于正交双目交汇测量原理实时采集两路含有目标空间信息的数字图像数据并保存到上位机。上位机图像处理系统读取采集图像, 完成多目相机标定, 特征点提取、同名点匹配以及视差计算后提取出目标特征点三维坐标。该检测技术有效避免了人工主观因素造成的漏检、错检, 满足实时在线检测要求, 实现了硅棒特征点空间三维坐标高精度检测的目的。

为了降低CCD噪声, 提高信噪比, 根据噪声的特性, 提出用CCD的Binning技术用于噪声的抑制。理论上推导了水平Binning和垂直Binning两种情况下信噪比提高的公式。利用MATLAB语言编程对垂直Binning的几种情况进行仿真, 仿真结果表明, Binning可以有效提高信噪比, 信噪比提高的理论值和计算值基本相符, 对Binning可能带来的电荷饱和也进行了讨论。

随着软件开发规模的增大、复杂程度的增加, 软件测试变得越来越困难。自动化测试能够有效降低软件测试难度, 节约大量的人力、物力资源。根据软件自动化测试的概念和基本原理, 结合Silk Test测试工具和可扩展标记语言技术, 成功实现AutoCAD软件的自动化测试。实验使用了4Test程序语言编写自动化测试脚本，对AutoCAD软件进行了国际化测试与本地化测试, 通过运用元素和属性导航来查找信息的测试方法, 显著提高了结果比对的效率。依据最终良好的测试结果, 对软件自动化测试的必要性进行了分析。

针对单镜头激光三角法测同一物体厚度时图像探测器上两光斑间距与被测物位置之间的非线性关系, 提出了一种非线性校正方法, 并用实验验证了校正效果。分析了单镜头激光三角法测厚原理, 总结了引起非线性的因素, 对校正方法的函数模型进行了理论推导, 并对校正前后测量数据进行了详细分析。研究结果表明, 使用该非线性校正方法后, 图像探测器上成像光斑间距值随被测物位置变化的波动程度明显减小, 测量厚度的均方差值也变小, 系统的测量精度得到提高。

随着数码相机的飞速发展, 在实际应用中对数码相机的易用性和智能化要求越来越高。为了提高图像采集的准确性和简便性, 开展了自动对焦技术和算法的研究。通过对对焦平台的搭建, 在评价函数一定的情况下, 对爬山法驱动寻址算法步长减半进行了优化, 在保证准确性的情况下, 更快地实现了自动对焦, 减少对硬件的要求, 节省资源。结果表明, 该优化算法有一定的优越性。

在印刷工业上, 为了用数字图像处理的方法测量印刷网点的参数, 二值化是图像预处理过程中关键的一步, 直接影响参数测量的精度。在分析已有数字图像二值化方法的基础上, 结合印刷网点图的特征, 提出一种基于直方图凹度分析的二值化方法。该算法根据印刷网点图像的灰度直方图特征, 利用数学求导的思想求出灰度直方图中双峰之间的谷所对应的灰度值, 将该值作为二值化的阈值。实验证明, 该方法可以比较准确地求出印刷网点图的二值化阈值, 和已有算法相比, 扫描率低、速度快、计算准确, 具有很好的应用前景。

评价信息隐藏方法的隐藏质量是信息隐藏研究的一个重要部分。针对传统的主客观评价方法存在的缺点和不足, 提出了一种图像信息隐藏质量的评价方法。选取对图像信息隐藏比较敏感的10个图像质量评价量(IQMs), 作为评价信息隐藏质量的特征量。利用主成分分析法对各特征量进行分析, 排除各特征量之间的线性相关性, 选择主成分量实现了对几种图像信息隐藏方法的综合评价。该方法灵活、高效, 评价结果符合人眼视觉特性, 是比较实用的图像信息隐藏质量评价方法。

为了保证可见光变倍光学系统加工和装配后的成像质量, 提出一种基于传递函数灵敏度的公差设计方法, 该方法通过标准公差等级模拟实际情况, 采用蒙特卡罗模拟和曲线拟合确定公差参数的灵敏度, 并利用满足成像要求的基本公差等级, 合理分配光机公差。结果表明, 在满足像质的要求下, 通过这个方法可以放宽对公差的要求, 降低加工和装调难度。

为了在线检测光学元件面形, 介绍一种基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法, 目前这种方法多用于检测高反射率的物体, 因此将该方法运用于检测光学元件面形是一种新的尝试。实验的三维重建算法是通过MATLAB和VC++软件共同编写程序实现的, 实验结果表明, 将这种方法运用于检测光学元件是可以真实还原光学元件三维外貌特性的, 所以它的研究具有可行性和研究价值。

为了获得高速运动目标的位置与姿态信息, 分析目标瞬态事件发生的机理和运动规律, 提出了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的高帧频图像采集及实时显示的设计方案。研究了高速互补金属氧化物半导体(CMOS)数字图像传感器LUPA1300-2, 并以此为基础研究了500 fps图像采集及实时显示系统的关键技术, 以FPGA为核心设计了基于高速低压差分信号(LVDS)接口的图像采集模块、色彩复原模块及图像缓存模块。通过图像采集实验, 验证了系统设计稳定可靠, 满足现场实时性的要求。

为了设计一款配光简单、光照均匀的LED台灯, 从抛物线的光学特性出发, 详细说明了LED光源的放置位置对出光效果的影响。证明了把LED面光源放置在中心轴上焦点与抛物线顶点之间的适当位置, 可以使光线均匀发散。利用抛物线的这个特性, 经过多次实验把单颗LED面光源放在旋转抛物反光镜顶点与焦点之间的正确位置, 在距台灯400 mm、面积为1 000 mm×1 000 mm的平面得到了均匀的光照。在总体光通量基本不变的情况下, 把10个如此配光组合按一定尺寸排列成2×5分布的光源模块, 能很好地达到台灯的标准配光要求。

由于多普勒信号处理技术在整个激光多普勒测速(LDV)系统中起到关键作用, 针对仅利用快速傅里叶变换处理多普勒信号存在精度低的问题, 频谱校正方法的研究显得十分必要。通过阐述比值法、能量重心法和相位差法三种离散频谱校正方法的基本原理和仿真实验, 表明三种方法均可使校正频率更加接近真实值。考虑到算法的复杂度和抗噪性能等因素的影响, 选用了能量重心法对实测多普勒信号进行频率校正, 且校正效果明显。

成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单, 性能稳定, 技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变, 会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度, 并利用低压汞灯进行波长定标, 确定特定波长所对应的像元数, 通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像, 从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明, 可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。

针对现有球面光学元件表面疵病检测技术研究较少的情况, 根据疵病对光的散射特性, 提出了一种基于机器视觉技术检测球面光学元件表面疵病的方法。实验分析了光照角度、光强大小和球面光学元件曲率半径对疵病散射光成像质量的影响。并对口径为Φ14 mm, 曲率半径为13 mm的球面光学元件表面进行了检测, 实验表明, 该技术对元件样品上10 μm以下的表面疵病可进行有效的检测。

根据红外隐身材料光谱发射率测试方法的要求, 提出了一种基于半导体制冷器的近室温样品加热炉系统。在对加热炉系统特性进行分析的基础上, 建立了基于模糊PID控制的系统仿真模型。经仿真及实验可知, 在加热和制冷条件下, 实际温度与设定温度之间的误差分别为±0.20 ℃和±1.00 ℃。结果表明, 系统稳定性好, 响应时间短, 解决了近室温样品加热炉抗干扰能力弱、不易控制等问题。

介绍一种纯风冷激光二极管泵浦的脉冲Nd∶YAG激光器, 单脉冲能量250 mJ, 重复频率25 Hz, 脉冲宽度7 ns, 光光转换效率13.6%。激光器输出为准基模, 垂直和水平方向的M2值测量结果分别为2.81和4.09。同样结构下将风冷系统换成风冷水冷结合方式, 激光器脉冲能量345 mJ, 重复频率提高到50 Hz, 光光转换效率上升为15.2%。两种形式的激光器连续工作时间5 min, 并进行了高温+55 ℃和低温-25 ℃的环境试验。

针对传统三点支承平台的欠约束和欠驱动问题, 基于运动学原理提出了一种双驱动六点支承平台。该平台在自然状态下具有确定位姿, 在输入状态下具有确定运动, 由此解决了三点支承平台的欠约束和欠驱动问题。以加速度计作为测量传感元件, 提出了一种基于重力加速度方向矢量的两输入调平算法, 并利用平台法线矢量运动变换获得了平台的转动角度。该平台调平范围±5°, 水平重复精度优于0.001 7°, 具有运动确定以及稳定性高的特点, 可用于精密仪器及机械的自动调平。最后, 指出了调平的二转动自由度姿态控制的运动学本质。

为了不断改善和开发自聚焦透镜的性能, 实现光学仪器中自聚焦透镜分光的要求, 以Ta2O5和SiO2为介质材料, 运用TFCalc膜系设计软件, 采用解析法设计了一个初始膜系, 再结合变尺度优化法对初始膜系进行优化设计, 设计出具有较好光谱性能的1 470～1 610 nm波段95∶5自聚焦透镜分光膜。分析了设计膜系在自聚焦透镜端面沿径向折射率呈梯度减少时的拟合反射率曲线。通过大量实验选择合适的镀制工艺, 并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行实际镀制, 获得了性能优良的自聚焦透镜分光膜。