结合药品生产线瓶盖缝隙检测的具体需求,提出一种视觉成像采集系统的筛选与设计思路以及在此基础上的视觉图像处理方法。分析了视觉图像信息采集系统与具体生产线需求的关系,确定了图像采集系统的参数,设计了透射式照明与成像采集系统架构。在获取视觉图像后,提出使用区域标记算法、canny边缘检测算法、黑白二值化算法等,自动寻找瓶盖区域并确定瓶盖缝隙的像素宽度,最终给出实际物理宽度。测试实验表明,该系统测量的准确率为100%,最大误差值为0.016 mm,最大误差百分比为2.73%,平均误差百分比为1.15%。

提出了一种新的测量旋光色散的方法。该方法利用白光LED作为光源,经起偏棱镜、样品管和检偏棱镜后,复色偏振光经平面衍射光栅分光后,由线阵CCD进行采集,CCD的每个像元对应接收复色偏振光经分光后的某一波长的光信号,在检偏器旋转一周内,获得相应的光强数据,使用拟合算法,对每一个像元所采集的光强数据逐一进行处理,最终得出CCD像元所对应波长的旋光度,最后得到旋光色散数据。并利用标准石英管进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。

基于机器视觉技术,采用平行光投影获取光学元件轮廓图像,通过行扫描提取目标,使用最小二乘线性回归边缘检测方法,将直线边缘定位精度达到亚像素级别,使测量精度达到微米级。实验结果表明,采用机器视觉的非接触测量方法可以实现对光学元件外径的快速准确测量。

光电轴角编码器作为一种精密测角传感器,其测角精度受到多种因素的影响,其中轴系晃动是影响其精度的主要因素之一。为了研究编码器轴系晃动的规律,利用多种检测方法对轴系晃动进行检测,利用傅里叶谐波数学模型对测量结果进行分析,并结合编码器测角精度检测结果,发现测角精度与轴系晃动的低频谐波之间存在固定的函数关系,采用这种关系可以补偿编码器的测角误差。利用这种方法可以在编码器内部或在线的方式进行实时误差补偿,从而达到提高编码器测角精度的目的。这对相关仪器的测量精度的提高起到一定参考意义。

多波段图像融合可以有效综合各个波段图像中包含的特征信息。针对可见光和红外图像,提出了一种结合红外图像视觉显著性提取的双波段图像融合方法,一方面旨在凸显红外图像的目标信息,另一方面又尽可能的保留了可见光图像的丰富细节信息。首先,在局部窗口内实现红外图像的显著性图提取,并通过窗口尺寸的变化形成多尺度的显著性图,并对这些显著性图进行最大值的优选叠加,以获取能反映整幅红外图像各个尺寸目标的显著性图;其次,通过结合显著性图与红外图实现显著性图的加权增强;最后,利用增强的红外显著性图进行双波段图像的融合。通过两组对比实验,数据表明该方法给出的融合图像视觉效果好,运算速度快,客观评价值优于对比的7种融合方法。

提出了一种离子束刻蚀制备线性渐变滤光片(LVOF)的方法。离子束刻蚀过程中,通过在样片和离子束出射窗口之间加入开有三角形透射窗口的挡板以及样片水平方向多次来回运动完成楔形谐振腔层制备,配合离子束辅助反应电子束真空镀膜技术,完成线性渐变滤光片的制作。设计三组不同刻蚀次数的制作实验,制作出了工作波长为500~580 nm、线色散系数为1.03 nm·mm-1的线性渐变滤光片。实验结果表明,通过调节样品台运动速率或者刻蚀次数,能够制备出具有预期楔角谐振腔层的线性渐变滤光片。

为了得到更符合人眼视觉特性的彩色夜视图像,依据RGB彩色理论模型,提出一种基于滤光片分谱作用的三波段彩色夜视方法。根据微光夜视系统成像理论,计算微光夜视系统的视距一般表达式。以典型场景作为探测目标,研究引入滤光片前后微光夜视系统的视距变化率,其中蓝光波段的滤光片引入使视距下降到引入前的15%。基于视距理论分析及色度学原理,提出了提高滤光片的透过率、拓宽滤光片的透过波段、融合图像加入全波图像的三个改进方法。以此制备了三片滤光片,并进行了彩色夜视实验。实验表明,提出的改进方法得到的彩色夜视图像在熵和标准方差两个指标上均优于原始微光图像和传统融合方法得到的结果,且与人眼主观感受一致。

基于HALCON平面标定板,充分考虑机器人末端中心和摄像机镜头径向畸变的影响,设计了一种新的Eye-to-Hand机器人视觉标定方法。该方法不仅标定了摄像机的内外参数,同时也建立了摄像机图像坐标系和机器人世界坐标系的关系。实验证明,该方法具有较高的标定精度和实用性,适用于工业机器人的视觉系统标定。

为了对灯具设计效果进行评价,提出了一种快速评价方法。基于实际灯具光强的实测数据,利用软件仿真来获得受照面的照明效果,从而有效控制误差和降低成本。对单个灯具在自由摆放位置和旋转角度的条件下,利用网格法划分受照面,由光度学理论计算得到受照面的照度分布。依据几何光学独立性,扩展到总体方案的照度分布。将照明效果用照度曲线和图像显示,从而对灯具设计状况获得快速、有效、直观的评价。为使图像更具直观性和有效性,提出了图像颜色随照度变化近似满足人眼gamma特性。以研制的天幕灯为例,证明了该方法的可行性。

针对内渐进镜片在加工过程中出现过切的情况,提出一种判断方法。该方法使用双三次样条曲面参数方程计算自由曲面各点曲率半径最小值,通过三维软件对曲面曲率半径进行计算,研究镜片在机床上实现加工的判据。由分析和计算表明,若曲面加工范围内存在某些点的曲率半径小于给定的机床刀具半径,则机床无法加工内渐进镜片的曲面。

在400~720 nm波段范围,采用基于液晶可调谐滤波器(LCTF)和CMOS相机组合的多光谱成像系统对蜡染的布料进行每隔5 nm成像。讨论了多光谱成像的基本原理和多角度下彩色图像的实现过程,并且通过计算光谱反射率展示了光谱合成颜色的基本方法。对再现后的橘色、绿色、白色、蓝色、黄色、黑色六种颜色色块进行多角度下明度值、彩度值的分析。实验结果表明,六种颜色的明度值均呈现正态分布,并且通过计算六种颜色色块的色品坐标值a*、b*和彩度c*ab的均方差,得出在一定的范围内,六种颜色的色品坐标值a*、b*近似不随角度变化,其中蓝色和黑色随角度的变化更小,近似于一条直线。

在研究数字信号处理的过程中,可以采用数字带阻滤波器方法来进行消除交流电产生的工频干扰,但是传统的数字滤波器在起始位置存在畸变。利用双线性变换的方法将模拟带阻滤波器转换为数字带阻滤波器,借助离散时间系统中Z变换后的系统函数设计相应的数字带阻滤波器,以此来去除被测信号中的干扰信号,并通过两种简单算法来消除数字滤波器在起始位置的畸变。对一仿真混合正弦信号进行测试,试验表明,该滤波器可以很好地消除50 Hz 的工频干扰,且该方法具有设计简单、应用方便、实用性强等特点。

提出并设计一种高速测量光波导功分器插入损耗的新方法,试制了相应的测试系统,对平行密排的功分器输出尾纤的出射功率实现连续扫描测试,并实时判断测试数据的可靠性。显著效果有两个;一个是测试速度快,将常规方法所需的5～10 min缩短到了18 s左右;另一个是在高速测试的同时确保测试数据的可信性,系统后台导入了智能判错程序,可以对误测操作实时报警和究源。针对生产现场的小批量对比实验验证了该测量系统的稳定性和实用性,显示了该成果的重要应用价值。

在三腔镜近似的条件下,利用等效腔模型,完成了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)的理论建模。利用光纤布拉格光栅相关理论,对FBG-ECL模型进行了修正,着重考虑了光纤布拉格光栅的反射率分布、中心波长偏移以及边模抑制比对FBG-ECL性能的影响。对FBG-ECL的等效反射率、阈值增益和线宽特性进行了数值分析。结果表明,在考虑光纤布拉格光栅中心波长与设计波长偏移量、光栅反射率分布以及边模抑制比后,等效腔理论模型更加符合实际情况,可以更为准确地分析实际情况中FBG-ECL的相关特性,对设计应用于FBG-ECL的光纤光栅有一定的指导意义。

摆式陀螺仪为陀螺经纬仪的核心部件,以摆式陀螺仪的悬挂带为研究对象,提出了利用模糊理论结合设计水平、零件的制造水平、零件材料的好坏、零件的重要程度四个因素对悬挂带安全系数进行模糊综合评价。确定合理的安全系数后,根据陀螺仪工作时要求悬挂带对陀螺灵敏部产生的反作用力最小的原则,从而进行悬挂带的最佳宽厚比计算。通过优化设计使悬挂带既能保证安全又能节省材料。

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。

依据紫外光学系统中紫外反光镜的使用要求,并结合汞灯发光光谱,提出了R＞93%@300~450 nm(R为反射率);Tavg＞85%@500~1 000 nm(Tavg表示平均透过率)的近紫外区宽带高反射率的设计指标。选用Ta2O5和SiO2分别作为高低折射率材料,并采用正交试验法确定了Ta2O5和SiO2膜料的折射率、消光系数和制备工艺参数。在规整周期性膜系的基础上,利用膜系设计软件进行优化设计,同时分析了膜层的敏感度,保证了镀制的可重复性。通过曲线测试和环境试验结果表明,该膜系满足设计使用要求。