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作者：陈松赟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

机器视觉检测是工业自动化的关键技术之一,其市场应用正处于蓬勃发展阶段。相较于人眼其具有更高的精度、更高的效率、以及更客观的数据等,但限于技术水平,不足亦非常明显,即没有一套固定的模式适用于所有场合。传统的视觉检测研究集中... 详细信息

机器视觉检测是工业自动化的关键技术之一,其市场应用正处于蓬勃发展阶段。相较于人眼其具有更高的精度、更高的效率、以及更客观的数据等,但限于技术水平,不足亦非常明显,即没有一套固定的模式适用于所有场合。传统的视觉检测研究集中于平面或规则球面,以及具有漫反射性质的被测面,相对简单理想。而对于宽幅、高速、和以高亮异型为代表的复杂表面的检测研究则几近空白,这些领域亦是视觉检测的难点所在。具有高亮异型特征的被测物主要包括塑料薄膜、陶瓷表面、精磨金属表面、油漆表面等,其光亮的物理性质会造成局部曝光和周围环境投影等干扰,影响成像质量,而不规则形状与高亮性质相互耦合,使问题复杂化。另外,不规则的表面形状要求相机实时变换拍摄位姿,完成全表面成像,6自由度机器人平台可以出色的完成这一任务。本文以具有高亮异型特征的摩托车油箱为被测物展开研究,具体包括:首先,从抑制背景、突出缺陷角度,深入研究了影响成像质量的各种因素,主要包括光源、被测物、相机三者之间的相互影响关系,从而设计适用于高亮表面的光照成像系统。另外,利用6自由度机器人平台,完成不规则曲面全表面成像。其次,对采集到的图像进行去噪预处理后,分析划痕类型缺陷与油漆背景面的特征,从而提出适用的缺陷分割算法,即基于边缘与区域相结合的的方法,完整且连续的分割出缺陷。缺陷特征的提取是对缺陷数据的降维处理,研究适用于缺陷的特征描述,包括缺陷的区域、灰度、梯度特征,为后续缺陷匹配做准备。最后,针对实体边缘类假缺陷,研究基于坏值剔除原理的算法排除方案,实现从定性判断到定量指标判断。再次,针对缺陷的不同特征,实现不同图像间缺陷对的有效匹配。其中,采用基于缺陷区域特征的匹配具有简单高效的特点,适用于实时性要求高的场合。而基于缺陷梯度特征匹配中,结合FLANN匹配库具有较高鲁棒性的同时有效地提高了算法的实时性。随后,对已实现匹配的缺陷对,基于多视几何原理求出了它们的三维位置坐标,实现缺陷的定位。最后,以某型摩托车油箱为被测物实验验证了成像系统设计方案、缺陷分割及特征提取算法、缺陷匹配与三角化定位算法的可行性,达到了预期效果。提出并实现相机与机器人系统联合标定的方法实时获取相机外参数的方法。

关键词：成像设计缺陷分割特征提取特征匹配三角化定位联合标定

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LED自由曲面透镜的设计

LED自由曲面透镜的设计

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作者：夏磊江苏大学

学位级别：硕士

随着科学与科技的进步,LED(Light Emitting Diode)光源因其独特的优点,逐渐取代了日常生活中绝大部分的照明光源。但是与传统的照明光源相比,LED光源的光束发散角较大,对于一些特定的照明要求,需要在LED光源的发光方向添加一些折射或者... 详细信息

随着科学与科技的进步,LED(Light Emitting Diode)光源因其独特的优点,逐渐取代了日常生活中绝大部分的照明光源。但是与传统的照明光源相比,LED光源的光束发散角较大,对于一些特定的照明要求,需要在LED光源的发光方向添加一些折射或者反射型结构,使得光源发出的光线可以达到特定照明要求,这样的光学结构,便是本文中需要研究的自由曲面二次光学透镜。在生活照明以及成像照明领域,LED光源的引入使得光学元件的微型化有了长足进步。本文以非成像光学和光度学理论作为基础,系统的研究了简易投影系统中的匀光照明系统,方棒照明系统和复眼阵列照明系统,并分析了这两种系统在目前趋于微型化的投影照明系统中的局限性。这两种照明系统长度较长,光学元件多,对于现在应用十分广泛的微型投影灯系统而言,这样的照明系统不但会增加投影灯产品的长度,而且多元件的照明系统,使得装配误差大大增加,产品的生产成本也不能得到有效降低。针对这些问题,本文提出了两种不同的的投影灯结构,一种以自由曲面TIR透镜作为匀光照明系统,一种以自由曲面双凸透镜作为匀光照明系统。第一种结构的投影灯,照明部分是矢量法编程求得的TIR透镜,其直径为25 mm,高度为13.5 mm,透镜材料为PC(聚碳酸酯,Polycrabonate),单片投影物镜的直径为15 mm,厚度为5.5 mm,投影物镜材料为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯),整体系统结构长度为81 mm,投影图案均匀度可以达到80%以上。第二种结构的投影灯,照明部分是基于ODE方法,编程求得的凸透镜,其直径为24 mm,厚度为5.9 mm,透镜材料为PMMA,在距离透镜2 mm上的菲林片图案区域的照明均匀度可以达到85%以上,将该片凸透镜以菲林片的位置为对称面,对称放置在投影物镜系统中,并以此为不变量优化投影物镜。最终的投影物镜全视场为40度,像方F数为5.6,在距离1000 mm处可以形成直径为600 mm的图案。根据设计的结果,借用高新企业的生产制作平台,将光学元件生产出来并测试,经过一到两次优化后,最终得到了与目标设计相符的投影灯。

关键词：二次光学透镜照明设计成像设计系统结构

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基于LED光源的微投影光学系统设计

基于LED光源的微投影光学系统设计

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作者：居荣兵江苏大学

学位级别：硕士

如今随着科技永无止境的发展,功能已不是人们对投影机的的唯一要求,而今更注重其娱乐性与轻巧性。应运而生的微型投影机设备已成为投影显示行业的主流方向。LED光源技术经过这几年的高速发展和普及,以其高对比度,高稳定性,色彩还原力能... 详细信息

如今随着科技永无止境的发展,功能已不是人们对投影机的的唯一要求,而今更注重其娱乐性与轻巧性。应运而生的微型投影机设备已成为投影显示行业的主流方向。LED光源技术经过这几年的高速发展和普及,以其高对比度,高稳定性,色彩还原力能力强等特性已经成为目前投影显示设备不可或缺的一部分,设计高效轻量化的LED照明系统是微型投影系统照明部分的重点。本文在对传统照明方案进行理论研究的基础上运用lighttools对基于LED光源的复眼透镜系统、方棒棒照明系统进行了模拟仿真。发现它们并不匹配微投影照明的设计理念,以此提出了一种基本自由曲面透镜的全新的照明方案,通过运用非成像边缘光线理论折射定理以及光源与目标面的能量拓扑关系列出对应的微分方程,再利用matlab计算工具通过数值分析法求解对应的离散点坐标。连接这些离散点形成自由曲面,直接通过lighttools高级建模模块仿真模拟得出合理的结果。根据市场动态需要设计一款适用于TI刚推出的0.47英寸芯片的微投影镜头,在对微型投影仪照明系统进行设计和参数计算的基础上对常规投影镜头的结构类型进行了分析和选择,最后选用了反远距结构性质的镜头。在选择一款合适的专利作为初始结构前提下,应用zemax以及codev软件对投影物镜进行了整合设计与优化,经优化后镜头由7片玻璃(均为常见玻璃)2片塑料(4面非球面)组成,结构简单,紧凑,易加工。投射比0.66:1,即在600mm处投影出44inch的画面,镜头有效焦距6.45mm,F#:2.1,全视场86°,系统总长46mm,最大口径22mm,在空间极限频率93lp/mm处0.8视场以内传递函数值都超过0.62,边缘视场的传递函数值超过0.43,全视场畸变小于等于2%,垂直色差小于等于0.18μm。

关键词：微投影照明设计成像设计

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CAXCAD光学软件的分析功能和优化技术的实现及最新进展

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光学与光电技术 2021年第5期 101-108页

作者：赵伟星高瑀含刘友强南京泽尼克激光技术有限公司中国科学院半导体研究所北京工业大学

针对光学行业的CAD设计软件技术,尤其针对序列光学应用领域,例如成像,激光等行业目前仍然被国外占据主导地位和垄断状态。国内拥有多个强大光学技术团队,包括基础理论和应用,但是还没有一款可以满足应用的光学设计CAD软件。在经历了将... 详细信息

针对光学行业的CAD设计软件技术,尤其针对序列光学应用领域,例如成像,激光等行业目前仍然被国外占据主导地位和垄断状态。国内拥有多个强大光学技术团队,包括基础理论和应用,但是还没有一款可以满足应用的光学设计CAD软件。在经历了将近10年的准备和集中的项目开发,一款高集成度的光学设计软件已经完成,并将其命名为CAXCAD。软件目前实现了高效率的基础框架和多个模块的集成,在核心光线追迹、几何分析评价、FFT PSF MTF衍射计算、DLS优化、评价函数操作数,多重结构、坐标断点离轴仿真等多个领域实现技术突破,重点介绍了CAXCAD的分析功能和优化技术的实现,尤其是针对MTF调制传递函数。

关键词：光学设计软件成像设计几何光学优化调制传递函数

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基于LED光源的投影LOGO灯设计

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电子科技 2018年第1期31卷 38-41页

作者：夏磊董文娟孟双吴禹左慧丁桂林江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

根据固体照明LED光源的特点,文中提出了一款基于3.5×3.5 mm朗伯体LED光源的紧凑型投影LOGO灯系统。利用成像设计软件Code V设计一个两片式成像系统,该系统物距为2 900 mm,像距为15 mm,像高为5.792 6mm。根据光路可逆原理,给该成像系统... 详细信息

根据固体照明LED光源的特点,文中提出了一款基于3.5×3.5 mm朗伯体LED光源的紧凑型投影LOGO灯系统。利用成像设计软件Code V设计一个两片式成像系统,该系统物距为2 900 mm,像距为15 mm,像高为5.792 6mm。根据光路可逆原理,给该成像系统匹配一个准直度高、均匀度高的光源,在Ligt Tools软件中设计了一个分级准直透镜组,LED光源经过准直后角度为4.2°,光斑均匀度达到了91.7%。将两个子系统结合在一起,可以在2 900 mm远的接受面投影出菲林的完整清晰的均匀图案,图案直径为1 600 mm。与现有的系统相比,此系统长度短、结构简单、投影图案均匀度高。

关键词：照明设计成像设计菲林准直

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