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一种基于条纹相位特征的印刷电路板三维重建方法

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光学学报 2024年第14期44卷 144-153页

作者：吴福培彭俊龙叶玮琳郑志丹李昇平汕头大学工学院机械工程系广东汕头515063

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性,本文提出了一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先,基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则,进而合成高质量的... 详细信息

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性,本文提出了一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先,基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则,进而合成高质量的条纹图像,并构建异步多频相移法以求解视场内各像素点的相位值;其次,针对结构光三角立体模型因标定误差而影响PCB重建精度的问题,由相机和结构光发生器视线映射关系建立高度重建模型;在此基础上,基于标准量块的测量值标定并拟合出最终的三维重建参数。实验结果表明,所提方法可有效提升高动态范围复杂表面的三维重建效果;在精度评价实验中,采用所提三维重建方法测量陶瓷标准球的平均直径误差为0.0188 mm,且能准确可靠地恢复PCB表面元器件的三维形貌,进一步检验了所提方法的有效性。

关键词：三维重建条纹结构光印刷电路板参数标定图像融合

基于多特征SAD-Census变换的立体匹配算法

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中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 278-290页

作者：吴福培黄耿楠刘宇豪叶玮琳李昇平汕头大学工学院机械工程系广东汕头515063

视差不连续区域和重复纹理区域的误匹配率高一直是影响双目立体匹配测量精度的主要问题,为此,本文提出一种基于多特征融合的立体匹配算法。首先,在代价计算阶段,通过高斯加权法赋予邻域像素点的权值,从而优化绝对差之和(Sum of Absolute... 详细信息

视差不连续区域和重复纹理区域的误匹配率高一直是影响双目立体匹配测量精度的主要问题,为此,本文提出一种基于多特征融合的立体匹配算法。首先,在代价计算阶段,通过高斯加权法赋予邻域像素点的权值,从而优化绝对差之和(Sum of Absolute Differences,SAD)算法的计算精度。接着,基于Census变换改进二进制链码方式,将邻域内像素的平均灰度值与梯度图像的灰度均值相融合,进而建立左右图像对应点的判断依据并优化其编码长度。然后,构建基于十字交叉法与改进的引导滤波器相融合的聚合方法,从而实现视差值再分配,以降低误匹配率。最后,通过赢家通吃(Winner Take All,WTA)算法获取初始视差,并采用左右一致性检测方法及亚像素法提高匹配精度,从而获取最终的视差结果。实验结果表明,在Middlebury数据集的测试中,所提SAD-Census算法的平均非遮挡区域和全部区域的误匹配率为分别为2.67%和5.69%,测量200~900 mm距离的平均误差小于2%;而实际三维测量的最大误差为1.5%。实验结果检验了所提算法的有效性和可靠性。

关键词：机器视觉立体匹配 SAD-Census变换十字交叉法引导滤波

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一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法

光学学报 2024年

作者：吴福培彭俊龙叶玮琳郑志丹李昇平汕头大学工学院机械工程系

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性，论文提出一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先，基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则，进而合成出高质... 详细信息

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性，论文提出一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先，基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则，进而合成出高质量的条纹图像，并构建异步多频相移法以求解视场内各像素点相位值；其次，针对结构光三角立体模型因标定误差而影响PCB重建精度问题，由相机和结构光发生器视线映射关系建立高度重建模型；在此基础上，基于标准量块的测量值标定并拟合出最终的三维重建参数。实验结果表明，论文所提方法可有效提升高动态范围复杂表面的三维重建效果；在精度评价实验中，采用所提三维重建方法测量陶瓷标准球的平均直径误差为0.0188mm，且能准确可靠地恢复PCB表面元器件的三维形貌，进一步检验了论文所提方法的有效性。

关键词：三维重建条纹结构光印刷电路板参数标定图像融合

基于薄膜光场调控的无标记显微成像、传感及其应用研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 204-215页

作者：张斗国中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系安徽合肥230026

光学薄膜广泛应用于光学仪器和测控技术中,充斥着我们生活的方方面面,使我们的生活更加丰富多彩。不同于常规的光学薄膜应用场景,本综述重点介绍如何将光学薄膜与光学显微成像结合起来。研究方案主要是:基于负载表面等离子体波的贵金属... 详细信息

光学薄膜广泛应用于光学仪器和测控技术中,充斥着我们生活的方方面面,使我们的生活更加丰富多彩。不同于常规的光学薄膜应用场景,本综述重点介绍如何将光学薄膜与光学显微成像结合起来。研究方案主要是:基于负载表面等离子体波的贵金属薄膜、具有光子带隙结构的介质多层薄膜,研制出应用于无标记显微探测的平面薄膜光子元件。得益于其平面结构特性与成熟的制作工艺,该类薄膜光子元件可兼容常规明场、宽场显微成像系统,可以作为被测样品的衬底或成像系统的插件。借助于薄膜与光波的近-远场相互作用特性,该器件可以调控系统的照明光场,如实现暗场照明、全内反射照明、边缘增强照明等。通过照明方式的改变,提升成像的对比度、探测灵敏度,进而发展出多模式、高灵敏度、高对比度、无标记光学显微成像与传感系统。为充分发挥该系统结构简单、宽场、高灵敏度、无标记成像的特点,将其应用于环境光子学领域,实现了真实大气环境中单个超细颗粒物吸湿增长过程的原位、实时、无损表征,有望为大气雾霾溯源与追因研究提供有力的科学支撑和技术工具。

关键词：薄膜光场调控介质多层薄膜贵金属薄膜无标记显微探测大气超细颗粒物

大视场角、等衍射角间隔的矢量超构表面分束器

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光电工程 2024年第8期51卷 136-144页

作者：夏睿星赵东李子勤黄坤中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系安徽合肥230026

激光雷达目前主要使用达曼光栅实现激光分束。然而,达曼光栅作为周期性衍射光学器件需要满足光栅方程,其各衍射角的正弦值成等差数列,无法实现均匀的角度分束,同时理论衍射效率受到限制。本文将角谱法和随机搜索算法结合,设计了一种非... 详细信息

激光雷达目前主要使用达曼光栅实现激光分束。然而,达曼光栅作为周期性衍射光学器件需要满足光栅方程,其各衍射角的正弦值成等差数列,无法实现均匀的角度分束,同时理论衍射效率受到限制。本文将角谱法和随机搜索算法结合,设计了一种非周期性红外超构表面激光分束器。该分束器可实现70°的分束全角等角度间隔的41分束。其理论衍射效率达84%,高于二元相位器件的理论极限。在实验测试中,超构表面分束器具有较好的分束均匀性,可促进激光雷达的发展。

关键词：超构表面分束达曼光栅衍射光学元件

基于薄膜光场调控的无标记显微成像、传感及其应用研究进展（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第6期 214-225页

作者：张斗国中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系

光学薄膜广泛应用于光学仪器和测控技术中，充斥着我们生活的方方面面，使我们的生活更加丰富多彩。不同于常规的光学薄膜应用场景，本综述重点介绍如何将光学薄膜与光学显微成像结合起来。研究方案主要是：基于负载表面等离子体波的贵... 详细信息

光学薄膜广泛应用于光学仪器和测控技术中，充斥着我们生活的方方面面，使我们的生活更加丰富多彩。不同于常规的光学薄膜应用场景，本综述重点介绍如何将光学薄膜与光学显微成像结合起来。研究方案主要是：基于负载表面等离子体波的贵金属薄膜、具有光子带隙结构的介质多层薄膜，研制出应用于无标记显微探测的平面薄膜光子元件。得益于其平面结构特性与成熟的制作工艺，该类薄膜光子元件可兼容常规明场、宽场显微成像系统，可以作为被测样品的衬底或成像系统的插件。借助于薄膜与光波的近-远场相互作用特性，该器件可以调控系统的照明光场，如实现暗场照明、全内反射照明、边缘增强照明等。通过照明方式的改变，提升成像的对比度、探测灵敏度，进而发展出多模式、高灵敏度、高对比度、无标记光学显微成像与传感系统。为充分发挥该系统结构简单、宽场、高灵敏度、无标记成像的特点，将其应用于环境光子学领域，实现了真实大气环境中单个超细颗粒物吸湿增长过程的原位、实时、无损表征，有望为大气雾霾溯源与追因研究提供有力的科学支撑和技术工具。

关键词：薄膜光场调控,介质多层薄膜贵金属薄膜无标记显微探测大气超细颗粒物

GaS/Mg(OH)_(2)异质结电子结构的第一性原理研究

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物理学报 2024年第13期73卷 251-261页

作者：刘俊岭柏于杰徐宁张勤芳盐城工学院物理系盐城224051

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,... 详细信息

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,有利于光生电子-空穴对的空间分离.层间电荷转移诱导的内建电场进一步促进载流子的分离,同时有助于抑制层间电荷的复合.在双轴应变下,异质结的导带最小值和价带最大值的位置分别产生了不同程度的平移,导致带隙发生显著的变化,变化量达到了0.5 eV.而且在拉伸应变下,异质结由间接转变为直接带隙半导体,同时异质结仍保持Type-Ⅱ型能带结构.此外,应变还可以有效地调控异质结的带边位置与水分解的氧化还原电位相匹配(pH=0—7).光吸收谱显示异质结具有较强的光吸收性能,尤其在拉伸应变为3%时,光吸收发生了明显的红移.这些结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有可调的电子性能而在光电领域有着广阔的应用前景.

关键词：异质结电子结构应变第一性原理

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基于全介质一维光子晶体的平面拓扑微分器(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 322-327页

作者：刘洋黄明川陈钱坤张斗国中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230026

提出一种拓扑荷数为2的全介质一维光子晶体拓扑微分运算器件。通过优化设计光子晶体的透射率与入射角度的依赖关系以及出/入射光的偏振状态,该拓扑器件可以对入射光场进行各向同性的二维二阶光学微分运算,进而实现图像边缘增强成像和图... 详细信息

提出一种拓扑荷数为2的全介质一维光子晶体拓扑微分运算器件。通过优化设计光子晶体的透射率与入射角度的依赖关系以及出/入射光的偏振状态,该拓扑器件可以对入射光场进行各向同性的二维二阶光学微分运算,进而实现图像边缘增强成像和图像边缘信息高效提取。该平面型拓扑微分运算器件具有轻量化、高通量、高速度、易于大规模集成、低成本制备等特点,在光学计算、光学成像与传感等领域具有潜在的应用价值。

关键词：物理光学光学拓扑微分运算边缘检测全介质一维光子晶体光学成像与传感

基于惯性运动自适应前馈的磁轴承基座扰动抑制

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光学精密工程 2024年第8期32卷 1164-1174页

作者：黄雨杰徐向波郑领博李林北京林业大学工学院北京100000

为抑制主动磁轴承中基座的运动造成转子的振动增大,设计并实现了一种基于惯性运动的前馈控制方法。首先,针对基座运动状态下的磁轴承系统,建立了基座运动的五自由度磁轴承转子动力学模型,然后,分析了在基座进行小幅度复杂运动时转子受... 详细信息

为抑制主动磁轴承中基座的运动造成转子的振动增大,设计并实现了一种基于惯性运动的前馈控制方法。首先,针对基座运动状态下的磁轴承系统,建立了基座运动的五自由度磁轴承转子动力学模型,然后,分析了在基座进行小幅度复杂运动时转子受扰动力的动力学,提出了一种基于自适应算法的惯性前馈方法。最后,采用搭建的实验平台对不同扰动下开启前馈控制前后转子的响应进行了实验研究。实验结果表明:自适应前馈控制器使能后,磁轴承转子的位移减少了80%以上。设计的自适应前馈控制方法能够有效抑制磁悬浮系统基座扰动对转子振动的影响,大幅提高了磁轴承转子的运行精度,且设计的系统仅需增加一个小体积的惯性微机电测量单元,满足实际工程应用需求。

关键词：主动磁轴承动基座补偿自适应算法前馈控制器惯性运动振动抑制