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作者：田健重庆大学

学位级别：硕士

紫外探测技术在军事、空间天文、紫外通信、环境监测、工业生产等众多领域有着重要的应用。作为近年发展起来的紫外探测材料,GaN紫外光电阴极显示出了量子效率高、暗电流小、稳定性好等优点,以GaN光电阴极为核心的紫外真空探测器可在苛... 详细信息

紫外探测技术在军事、空间天文、紫外通信、环境监测、工业生产等众多领域有着重要的应用。作为近年发展起来的紫外探测材料,GaN紫外光电阴极显示出了量子效率高、暗电流小、稳定性好等优点,以GaN光电阴极为核心的紫外真空探测器可在苛刻的物理、化学环境中实现高灵敏度和高稳定性的紫外探测。本文围绕如何获得高性能的GaN光电阴极,从GaN光电阴极的材料结构设计和制备工艺两个方面展开研究。首先介绍了GaN光电阴极的发展概况,通过比较目前国内外GaN光电阴极性能的差别,指出了需要探索和研究的内容;其次,详细分析了掺杂浓度、电导率、阴极厚度对GaN光电阴极量子效率的影响,建立了其优化准则。接着对GaN阴极材料的发射层厚度、光学吸收特性和电学特性进行了测试与表征。通过反复实验,确定了阴极的化学清洗步骤、加热净化工艺以及Cs,O激活工艺。最后对不同掺杂浓度、变掺杂结构以及透射式GaN阴极材料进行了对比激活实验和量子效率特性比对,实验考察了掺杂浓度和阴极厚度对GaN阴极光电发射的影响。

关键词： GaN紫外光电阴极量子效率掺杂浓度阴极厚度激活

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银纳米线柔性透明电极的稳定性研究

银纳米线柔性透明电极的稳定性研究

作者：王雪艳重庆大学

学位级别：硕士

透明电极在显示器、太阳能电池、有机电致发光器件等领域得到广泛应用。近年来随着柔性技术的发展,传统的透明电极材料氧化铟锡（Indium tin oxide,ITO）因自身脆性无法满足柔性电子器件的发展。银纳米线（silver nanowires,AgNWs）柔... 详细信息

透明电极在显示器、太阳能电池、有机电致发光器件等领域得到广泛应用。近年来随着柔性技术的发展,传统的透明电极材料氧化铟锡（Indium tin oxide,ITO）因自身脆性无法满足柔性电子器件的发展。银纳米线（silver nanowires,AgNWs）柔性透明电极具有与ITO相当的电学和光学特性,兼具优异的机械柔韧性,被认为是最有可能取代ITO的新型柔性电极材料。然而在长期使用过程中,AgNWs易受到各种因素温度、光照、湿度、环境气氛等的影响而发生性能衰退,从而对其应用器件的综合性能造成影响。氧化石墨烯（graphene oxide,GO）作为一种新型二维片状材料,在改善AgNWs柔性透明电极的稳定性上有很大的潜力。基于此,本文围绕AgNWs柔性透明电极的稳定性主要做了以下工作:（1）采用真空抽滤法和衬底转移法相结合,分别以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯醇（PVA）为基底制备了AgNWs柔性透明电极,对制得的电极的表面形貌、方阻、透光率、机械柔韧性、银纳米线与基底间的附着性进行性能表征和对比,对性能产生的差异的原因进行分析。（2）针对AgNWs柔性透明电极的稳定性问题,从AgNWs柔性透明电极的自身因素出发,分别探究了电极基底材料和银纳米线面密度对AgNWs柔性透明电极热稳定性、光照稳定性、湿度稳定性及气氛环境稳定性的影响。发现以PVA为基底材料的AgNWs柔性透明电极的稳定性明显优于以PET为基底的AgNWs柔性透明电极,同时发现随着面密度的增加,银纳米线电极的稳定性也逐渐得到提高。（3）为改善AgNWs柔性透明电极的稳定性,以GO作为修饰层对AgNWs柔性透明电极进行表面修饰。首先制备了GO表面修饰AgNWs柔性透明电极,并对电极的性能进行了表征。接下来探究了温度、湿度、光辐照、环境气氛四个因素对GO修饰后的AgNWs透明柔性电极稳定性的影响,并与未修饰的AgNWs柔性透明电极的稳定性进行比较,分析GO修饰层对改善AgNWs柔性透明电极稳定性的作用。发现GO修饰层在一定程度上改善了AgNWs柔性透明电极的稳定性。

关键词：柔性透明电极银纳米线电极稳定性基底作用氧化石墨烯

降低银纳米线柔性透明电极表面粗糙度的衬底转移法研究

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降低银纳米线柔性透明电极表面粗糙度的衬底转移法研究

作者：李露重庆大学

学位级别：硕士

透明电极是一种兼具高可见光透过率和高导电性能的材料,广泛应用于平面显示、太阳能电池等领域。近年来,随着柔性电子、可穿戴式器件的发展,对透明电极提出了更高的要求。不仅需要其具有优异的光电性能还要求兼具柔韧性。银纳米线(silve... 详细信息

透明电极是一种兼具高可见光透过率和高导电性能的材料,广泛应用于平面显示、太阳能电池等领域。近年来,随着柔性电子、可穿戴式器件的发展,对透明电极提出了更高的要求。不仅需要其具有优异的光电性能还要求兼具柔韧性。银纳米线(silver nanowire,AgNW)是一种性能优异、可替代氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)的柔性透明电极材料,本论文针对其表面粗糙度过大的问题,研究降低其表面粗糙度的衬底转移方法,其目的是建立材料和工艺参数,如银纳米线的面密度、承载银纳米线的基底、转移过程中的机械压力以及转移后的处理等,与最终银纳米线电极表面粗糙度的关系,为衬底转移法的参数优化提供参考依据。除此之外,论文将评估衬底转移法对银纳米线电极电学、光学、机械柔性、基底附着性和热稳定性的影响,并通过一定的处理达到银纳米线柔性电极综合性能的提高。论文的具体内容包括:(1)采用表面抛光的石英玻璃作为初始衬底、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)作为目标基底,设计了银纳米线电极衬底转移的方案,分别制备了以石英玻璃和聚乙烯醇为基底的银纳米线电极。(2)对制备的银纳米线电极的表面粗糙度、可见光透过率、方块电阻、基底附着性等性能进行了分析测试,对比了衬底转移前后银纳米线电极性能的变化,并分析了相应的原因,明确了经过衬底转移后银纳米线面密度与银纳米线电极表面峰谷粗糙度、均方根粗糙度、平均粗糙度之间的关系。(3)聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)和PVA均是柔性透明电极常用的基底材料,为了对比这两种基底材料对银纳米线电极性能的影响,本文采用衬底转移法制备了相同银纳米线面密度的PVA/AgNW和PET/AgNW电极,比对了二者在机械柔韧性和热稳定性方面的差异,并对导致二者性能差异的原因进行了分析。为了消除由目标衬底包裹而引起的银纳米线电极导电性能下降的效应,采用氧化石墨烯(graphene oxide,GO)修饰银纳米线电极表面,以此提高银纳米线网络连接的稳定性。分析了GO溶液PH值、浸涂时间、浓度对PVA/AgNW电极方块电阻降低的效果,实验结果制备的PVA/GO/AgNW复合电极的电学性能相比于PVA/AgNW电极的电学性能得到了提高。

关键词：银纳米线柔性透明电极衬底转移表面粗糙度

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基于机器视觉的钢管直线度实时测量系统研究

基于机器视觉的钢管直线度实时测量系统研究

作者：李小涛重庆大学

学位级别：硕士

钢管在工业生产中扮演着极其重要的角色,其广泛应用于化工、冶金、机械等行业。直线度是衡量钢管质量指标的主要参数之一,国内外针对轴类、导轨等工件在给定平面内的直线度测量研究较多,但是针对钢管在轴向方向直线度的测量研究较少。... 详细信息

钢管在工业生产中扮演着极其重要的角色,其广泛应用于化工、冶金、机械等行业。直线度是衡量钢管质量指标的主要参数之一,国内外针对轴类、导轨等工件在给定平面内的直线度测量研究较多,但是针对钢管在轴向方向直线度的测量研究较少。研究钢管直线度的准确测量有着重要的科学意义及工业价值。针对钢管直线度的测量,常用的方法有位移传感器法、拉线法等,这些方法都是通过测量钢管表面母线直线度来估算其轴线方向直线度,所以测量准确度较低,且无法实现非接触测量,只适合于钢管直线度的抽样检测。机器视觉技术可以实现非接触实时测量,在直线度测量中也得到应用,其在测量方法上取得很大突破,但是在光学成像系统,边缘检测算法、直线度实时测量硬件电路设计等模块尚未展开深入研究。本文在前人研究基础之上,采用机器视觉方法测量钢管直线度,首先设计了应用于钢管直线度测量的光学成像系统;然后结合钢管形状,提出了新的边缘检测算法;同时设计了钢管直线度的计算算法,并将本系统测量方法和传统测量方法进行了实验比较;最后采用FPGA、DSP组合设计了直线度实时测量系统的硬件电路。本文主要研究内容如下:第一章对钢管直线度测量的国内外现状进行了分析,阐述了本文的研究目的和意义,并介绍了本文的主要研究工作。第二章设计了钢管直线度测量的光学成像系统。首先设计了成像系统的技术指标,并采用双高斯结构设计了光学成像系统基本结构,然后通过ZEMAX光学模拟及像质分析,对成像镜头的结构参数进行了优化,最后对设计结果进行了评估,该光学成像系统能够用于钢管直线度测量。第三章主要完成了钢管边缘检测算法设计。分析了传统边缘检测算子和数学方法边缘检测的原理及应用现状,在此基础之上,结合照明方式、钢管特殊形状,提出了一种新的边缘检测方法——相邻行灰度差异判定法,对钢管图像进行边缘检测。最后从运算量和检测效果两方面对本算法进行了评估。第四章完成了钢管直线度计算算法设计及实验。首先设计了中心轴线像素坐标计算算法,然后采用最小二乘法对直线度误差进行评定,并对测量系统进行标定。最后采用百分表测量钢管直线度的方法和本文采用的测量方法进行了实验比较,并对系统测量误差进行了分析。第五章设计了钢管直线度实时测量系统的硬件电路。首先给出了直线度测量系统的硬件整体方案设计,然后采用FPGA实现了“相邻行灰度差异判定法”算法,并给出了算法实现原理、进行了相关实验论证。最后采用DSP设计了钢管轴心线像素坐标计算算法和直线度误差评定算法,并进行了相关实验论证。第六章对本文的研究工作做了总结,指出了钢管直线度测量系统有待进一步解决的问题,并提出发展建议。

关键词：钢管直线度光学成像系统设计边缘检测直线度计算算法硬件电路

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基于FPGA的雾天图像实时增强系统研究

基于FPGA的雾天图像实时增强系统研究

作者：唐杰灵重庆大学

学位级别：硕士

雾天图像往往存在能见度低、灰度集中、对比度低的缺点，这对于公共交通、社区监控、生产生活等都带来了不利的影响，雾天降质图像的清晰化处理是图像处理和机器视觉领域共同关心的重要问题。近年来随着计算机科学的不断发展，对雾天降... 详细信息

雾天图像往往存在能见度低、灰度集中、对比度低的缺点，这对于公共交通、社区监控、生产生活等都带来了不利的影响，雾天降质图像的清晰化处理是图像处理和机器视觉领域共同关心的重要问题。近年来随着计算机科学的不断发展，对雾天降质图像的清晰化处理提出了更高的要求。图像处理系统的实时性在实际应用中是非常重要的指标，只有对监控设备采集到的图像能进行实时的图像增强处理，才能进行大规模的实际应用。目前国内外对雾天降质图像的清晰化处理和图像采集系统的预处理都进行了大量的研究，但是针对雾天降质图像的实时清晰化处理的方案还不多见，如何对雾天降质图像的实时处理是一个重要的研究方向。雾天降质图像的清晰化处理主要分为雾天图像的增强和雾天图像的复原两大类。本文根据雾天图像处理实时化的要求，将工作集中在雾天降质图像的对比度增强上面，主要工作是针对现有的一些对比度增强算法的一些缺陷，结合雾天降质图像的特点，提出了通过自适应选取阈值，限制直方图均衡化的过度增强，并减少灰度级减少带来的细节损失的改进直方图均衡化算法。并在现场可编程逻辑器件（简称FPGA）平台上实现了该算法。本文第一章首首先绍了国内外相关领域的研究现状，确立了以FPGA作为处理平台，以图像对比度增强作为主要处理手段的研究方案。本文第二章详细分析了雾天降质图像的降质机理和图像特点，并给出了图像质量的评价标准，为后面图像的处理提供了基础和依据。本文第三章在传统的直方图均衡化算法的基础上，针对传统算法在实际应用中表现出来的一些缺陷，提出了通过自适应选取阈值限制直方图均衡化过程中国的过增强和细节损失等缺陷，并尽量增强图像的对比度，保证实时性。并对算法进行了仿真，分析了算法的优势。本文第四章实现了以FPGA为处理核心的图像采集和显示平台，详细给出了图像采集模块、图像存储模块和图像显示的实现方案，并实现了彩色图像的颜色空间转换，为后面的算法验证奠定基础。本文第五章详细给出了改进算法的硬件实现，并利用片上可编程系统（简称SOPC）实现了阈值的自适应选取，最后对算法的实现进行了逻辑上的验证和资源消耗的分析。

关键词：雾天降质图像 FPGA 对比度增强直方图均衡化 SOPC

CuSCN/CuI无机复合空穴传输层的制备与性能研究

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CuSCN/CuI无机复合空穴传输层的制备与性能研究

作者：曾超重庆大学

学位级别：硕士

溶液法制备聚合物发光二极管(PLED)不仅可以降低器件制造成本、实现大的尺寸,还拥有利用卷对卷技术实现大规模生产的潜力。空穴传输层(HTL)是PLED阳极与发光层之间的界面层,它是整个器件性能的基础。(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PE... 详细信息

溶液法制备聚合物发光二极管(PLED)不仅可以降低器件制造成本、实现大的尺寸,还拥有利用卷对卷技术实现大规模生产的潜力。空穴传输层(HTL)是PLED阳极与发光层之间的界面层,它是整个器件性能的基础。(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是PLED中最常用的空穴传输材料,然而它的PH值小于2、易吸湿等缺点,在长时间使用中会对器件的效率与稳定性造成影响,因此寻找一种高性能与稳定性好的空穴传输材料就非常有必要。β相硫氰酸亚铜(β-CuSCN)与γ相碘化亚铜(γ-CuI)均为无机P型半导体材料。β-CuSCN的最高已占轨道(HOMO)为5.5eV,迁移率为0.01.1cm2/(V?s),溶液成膜的粗糙度约为1.4nm。γ-CuI的HOMO能级为5.1eV,迁移率为0.5cm2/(V?s),溶液成膜的粗糙度为12.3nm,因此将两者结合起来,可以实现一种HOMO能级可调、迁移率较高、粗糙度较低的无机复合空穴传输材料。本文围绕CuSCN/CuI无机复合空穴传输材料的制备、薄膜的特性分析与PLED器件的应用进行研究,做了以下工作:(1)选取乙硫醚(DES)为CuSCN与CuI各自的溶剂,分别配制CuSCN与Cu I溶液,再将两种溶液混合形成Cu I不同质量分数的CuSCN/CuI复合材料,再超声使两种材料混合均匀。通过加热复合材料的溶液得到固体复合材料并对复合材料的晶体结构进行了表征。(2)通过旋涂CuSCN/CuI复合材料的溶液,得到了Cu I占不同质量分数的CuSCN/CuI复合薄膜,研究了复合材料中CuI不同质量分数对复合薄膜的表面形貌、粗糙度与可见光透过率的影响。(3)制备了CuSCN/CuI复合材料的单空穴器件:ITO/CuSCN:Cu I/SY/MoO3/Ag,研究了器件的电流传输特性,分析了复合材料中CuI不同质量分数对器件传输性能的影响。(4)制备了基于CuSCN/CuI复合空穴传输层的PLED器件:ITO/CuSCN:Cu I/SY/LiF/Al,测试了器件的电致发光光谱、电流密度-电压曲线、亮度-电压曲线、效率重复性与器件稳定性。结果表明,复合材料中CuI的质量分数不超过50%时,其器件的亮度与效率均优于PEDOT:PSS器件。

关键词： CuSCN/CuI复合材料无机空穴传输材料溶液法聚合物电致发光器件稳定性

有机电致发光器件中有机薄膜的LB法制备技术研究

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有机电致发光器件中有机薄膜的LB法制备技术研究

作者：衷存鹏重庆大学

学位级别：硕士

有机电致发光器件(Organic electroluminescent Device,简称OLED),具有轻薄、面发光、自发光,柔性可弯曲、透明等优势,在照明以及显示领域具有广阔的应用前景。OLED器件有机层为有机化学材料,利用有机材料制备发光层工艺有真空蒸镀、旋... 详细信息

有机电致发光器件(Organic electroluminescent Device,简称OLED),具有轻薄、面发光、自发光,柔性可弯曲、透明等优势,在照明以及显示领域具有广阔的应用前景。OLED器件有机层为有机化学材料,利用有机材料制备发光层工艺有真空蒸镀、旋涂、喷墨打印、织网印刷等工艺。这几种工艺制备的有机层中分子呈无序排列,而载流子在分子无序排列的有机薄膜中传输效率较低,从而对OLED器件的光致发光效率有一定影响。L-B(Langmuir-Blodgett)膜技术是在适当的条件下,将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上,经逐渐压缩其水面上的占有面积,使其排列成单分子层,再将其转移沉积到固体基底上所得到的一种分子有序性排列薄膜。利用LB膜法制备的有机发光层由于分子有序排列,载流子传输效率增加,进而提高OLED器件的电光效率。目前有研究者将LB膜技术应用在化学领域,利用分子的有序排列提高催化效率;也有研究者将LB膜技术运用到生物半透膜领域。将LB膜技术运用到OLED器件的有机层制备中报道甚少,研究LB膜在有机层中的作用机理更是鲜有报道。本文研究了OLED器件中常见的空穴传输材料-聚乙烯基咔唑(PVK)的LB膜法制备原理和技术。为了明确LB膜中分子有序排列对薄膜光学以及电学性能的影响,同时采用LB膜法和旋涂法制备PVK有机薄膜,并建立LB膜法和旋涂法制备PVK薄膜模型。对两种工艺制备的PVK有机薄膜进行光学和电学性能的测试与比较。本文具体工作如下:①建立了PVK有机薄膜的LB膜法制备模型。包括有PVK的甲苯溶液在超纯水表面分散的均匀性以及稳定性等。分析基片亲水性机理以及薄膜与基片、薄膜与薄膜之间的作用机理。最后从理论上说明了分子有序排列对载流子传输的影响。②研究了LB膜法制备PVK薄膜过程中不同亲水工艺对ITO基片透光率以及面电阻影响。利用自制LB拉膜仪制备PVK LB膜,研究了分散剂比例对PVK薄膜电阻率以及膜厚的影响。制备了单层至多层PVK LB薄膜并测试薄膜的膜厚、紫外-可见吸光光谱、荧光光谱、电阻率等性能参数。③根据旋涂规律,通过旋涂实验中改变不同浓度以及转速得到的数据,建立PVK的旋涂模型。制备与LB膜法相同厚度的PVK薄膜,并测试薄膜膜厚、吸光度、荧光光谱等性能参数。④分析了有序性分子排列促进载流子传输的机理。对比两种工艺制备出相同厚度薄膜的电阻率、吸光度以及荧光光谱。并对有关结果进行探讨。

关键词： OLED Langmuir-Blodgett膜法旋涂法 PVK分子排列载流子传输

石墨烯/银纳米线复合透明电极的制备及其在有机电致发光器件中的应用

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石墨烯/银纳米线复合透明电极的制备及其在有机电致发光器件中的...

作者：鲍俊重庆大学

学位级别：硕士

透明电极是主要应用在兼具高光透过率和电流传输特性的平面显示、太阳能电池、触控面板等IT产业领域的核心部件。众所周知,氧化铟锡(ITO)作为最为广泛使用的透明电极已经被应用在光电器件中长达数十年。但是ITO存在以下问题:柔性度受限... 详细信息

透明电极是主要应用在兼具高光透过率和电流传输特性的平面显示、太阳能电池、触控面板等IT产业领域的核心部件。众所周知,氧化铟锡(ITO)作为最为广泛使用的透明电极已经被应用在光电器件中长达数十年。但是ITO存在以下问题:柔性度受限、铟资源昂贵、稀缺、不耐酸和碱。ITO已经严重制约了柔性光电器件的发展,因此从长远来看,寻找一种合适的可替代ITO的柔性电极材料是非常必要的。石墨烯和银纳米线复合电极因其高透光性和低方块电阻特性得到了越来越多的关注。本文围绕石墨烯与银纳米线复合电极的制备、性能分析和器件应用三个方面展开研究,做了如下的工作:(1)根据真空制备的原理和特点,制定了合理的复合薄膜制备方案。按照该方案制备了均匀柔性石墨烯与银纳米线复合薄膜。(2)研究了复合电极的方块电阻、光透过率、功函数、表面粗糙度和柔韧性等性能参数。从器件应用的角度对复合电极各个性能参数的需求范围、实验结果以及影响因素进行了分析。结果表明,当银纳米线浓度在0.4～0.8mg/L时,复合电极具有低方块电阻、高透过率、高功函数、低粗糙度和良好柔韧度等性能,能够满足有机电致发光器件对透明电极的应用需求。(3)研究了复合电极的载流子传输模型,分析了不同银纳米线与石墨烯匹配度情况下,复合电极的载流子传输特性。并通过霍尔效应测试复合电极的载流子浓度和迁移率的变化规律进行了实验验证。结果表明,随着复合电极中银纳米线浓度的增加,载流子浓度先降低后升高,载流子迁移率逐渐降低。(4)制备了基于石墨烯与银纳米线复合电极的有机电致发光器件。测试了器件的发光光谱、电压-电流密度特性、电压-发光亮度特性以及电压-电流效率特性等性能。测试结果显示,复合电极基有机电致发光器件的光电性能优于石墨烯基器件;银纳米线浓度为0.8mg/L时,复合电极基OLED器件性能最佳。

关键词：石墨烯与银纳米线复合电极真空抽滤载流子传输有机电致发光器件

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荧光玻璃量子效率测量的关键技术研究

荧光玻璃量子效率测量的关键技术研究

作者：陈宏重庆大学

学位级别：硕士

目前白光LED主要使用环氧树脂将钇铝石榴石（YAG）荧光粉与蓝光芯片封装在一起获得白光。然而YAG荧光粉热稳定性差容易老化，使白光LED失效。为解决此问题，利用荧光玻璃代替荧光粉和环氧树脂进行白光LED的封装，荧光玻璃在热稳定性、... 详细信息

目前白光LED主要使用环氧树脂将钇铝石榴石（YAG）荧光粉与蓝光芯片封装在一起获得白光。然而YAG荧光粉热稳定性差容易老化，使白光LED失效。为解决此问题，利用荧光玻璃代替荧光粉和环氧树脂进行白光LED的封装，荧光玻璃在热稳定性、组分调节等方面较荧光粉拥有优势。量子效率作为表征荧光材料发光性能的重要参数，对荧光玻璃制备工艺研究、LED封装设计都具有重要的意义。为此针对制备出的荧光玻璃特性搭建量子效率测量装置，研究量子效率测量所涉及的关键技术，具体做了如下工作： ①.针对当前常用积分球测量技术中存在挡板使用的问题，分析了挡板对积分球内光分布的影响，提出利用光纤探测技术，来抑制一次直射光进入探测器的方法。由于这样的探测方法避免了挡板的使用，从而提高了积分球内光分布的均匀性。 ②.针对当前积分球技术存在样品专用夹具及光衰减后信号弱的问题，提出了半积分球和1/8积分球结构，并推导出测量公式，重点将半积分球与全积分球进行了对比。最终设计出基于半积分球的量子效率系统，讨论了样品及探测器的最佳位置。 ③.针对量子效率测量所需的数据采集与处理问题，利用LabVIEW编写了量子效率测量软件，实现了针对海洋光学HR2000+型光谱仪的光谱信号采集、降噪、标定、分峰、量子效率计算等功能。 ④.利用搭建好的测量系统对荧光玻璃进行量子效率测量实验。测量的荧光玻璃量子效率为后续研究工作提供指导作用。

关键词：积分球测量荧光量子效率半积分球光纤探测技术荧光玻璃

基于CycloneII系列FPGA的图像实时采集与预处理系统研究

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基于CycloneII系列FPGA的图像实时采集与预处理系统研究

作者：赵釜重庆大学

学位级别：硕士

图像采集处理系统是用设备来捕获客观世界的图像和特征,其主要是完成图像信号的采集、处理、存储等功能。图像采集处理系统在当今工业、军事、医学等领域都有着极其广泛的应用。基于现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array... 详细信息

图像采集处理系统是用设备来捕获客观世界的图像和特征,其主要是完成图像信号的采集、处理、存储等功能。图像采集处理系统在当今工业、军事、医学等领域都有着极其广泛的应用。基于现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)的图像处理系统正得到人们日益广泛的重视与研究。FPGA是当今运用极为广泛的可编程逻辑器件,具有很强的动态配置灵活性,能在设计上实现硬件并行和流水线技术,具有处理速度快、处理系统通用性与可移植性强的明显优势,非常适合视频图像的实时处理。国内目前正陆续开展基于FPGA的图像处理系统的研究,但在硬件平台的设计、逻辑与输入输出接口资源的搭配以及处理算法的优化等问题上,与国外还有较大差距。在这样的背景下,首先本论文采用高性能CycloneII系列的FPGA芯片作为图像处理系统的核心,配合MICRON公司的数字CMOS图像传感器和PSC公司的SDRAM存储芯片来构建图像采集处理系统;然后在总体设计的基础上,通过研究系统接口控制、资源分配技术与算法处理模块,搭建了基于FPGA的图像采集处理系统,实现对视频图像的实时采集、存储、预处理与显示。本文详细分析了系统中不同功能模块的工作原理、数据通信特点以及设计要求。在此基础上,结合FPGA的流水线技术和并行处理的编程思想,在QuartusII 8.0可编程逻辑器件开发平台上,本文采用Verilog硬件描述语言具体设计并实现了:图像采集模块、色彩复原模块、图像存储控制模块(SDRAM控制器)以及VGA显示控制模块。然后采用QuartusII 8.0自带的嵌入式逻辑分析仪并结合示波器来观测和分析了设计结果,通过反复的调校,最终达到了系统设计要求。在图像预处理算法上,着重分析了采用中值滤波来进行图像降噪的基本原理和算法特征,结合实时处理速度和节省系统资源的要求,选取了一种改进型的快速中值滤波算法,并在FPGA平台上进行了硬件实现与结果测试。最后利用QuartusII自带的功率分析工具(Power play early estimation)分析了整个系统的功耗情况,给出了降低功耗的一些途径。同时分析了整个系统的资源消耗情况,结果表明本系统只消耗了很小一部分硬件资源,这为后续的图像处理提供了条件。

关键词： FPGA 图像采集与预处理系统中值滤波 Verilog硬件描述语言