上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了实现更为简单的三维测量同时解决传统立体视觉方法中基线的限制问题, 提出一种单摄像机微小角度旋转结合神经网络进行三维测量的方法。方法通过单摄像机小角度旋转采集二维图像数据; 利用电动平台移动标定板构建三维空间坐标系; 基于摄像机的线性成像模型思想, 将代表图像坐标和三维坐标映射关系的投影矩阵替换为BP神经网络, 得到二维坐标到三维坐标的直接映射, 实现微小基线下的三维测量。实验结果表明, 相比于传统方法测量失真的结果, 提出的方法对标定板的尺寸测量绝对误差为0.0864mm。方法将神经网络融入单摄视觉领域, 可以克服微小基线场景下传统视觉测量方法的缺陷。对移动设备、监控设备及狭窄场景下的三维信息获取具有潜在的应用价值。
光学测量 微小基线 摄像机标定 BP神经网络 optical measurement micro baseline camera calibration BP neural network
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
针对现有的RGB合波器分立元件多、结构复杂、成本高等问题，同时为了满足器件的微型化发展和高效率传输的需求，设计了一种基于SU-8聚合物波导的多模干涉型（MMI）RGB合波器。该合波器通过2个级联的2×1MMI对RGB三个波长进行组合，第一级MMI使R（660 nm）、B（440 nm）光束进行组合输出，第二级MMI使R、B组合光束与G（550 nm）光束进行组合输出。通过对光束传播的仿真，优化了合波器的结构参数，验证了该合波器的有效性。研究结果表明，合波器对RGB三个工作波长的平均传输效率为94.02%，外型尺寸可小到0.04 mm×3.60 mm，并具有较大的工艺制作容差和较小的波长依赖性。该合波器结构简单，便于集成，在保证三个工作波长均获得较高传输效率的前提下实现了器件尺寸微型化，可为未来微型显示器件的研究提供参考。
RGB合波器 SU-8聚合物 多模干涉 微型显示 RGB beam combiner SU-8 polymer multi-mode interference micro display
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
光场的光强信息和相位信息成像在医学、光学测量、三维成像等领域至关重要。设计了一种无需参考光束即可实现光场复振幅成像的单像素成像系统。该成像系统通过相位型光学掩模对光场信息进行调制，利用无分辨率的光电探测器探测调制后的光强信息，应用phaselift算法恢复光场的光强与相位信息。利用单像素成像系统对衍射光场及透明聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜物体进行了成像实验，从成像结果中可以清晰看到衍射环的光强信息与相位信息。实验中物体薄膜的相位差为0.053，刻线宽度为220 μm，实验得到图像相位差为0.046和刻线宽度为256 μm，与传统检测手段得到的图像信息非常接近。该系统的成像光路无需参考光束，系统简单便于集成，促进了便携式成像系统的发展，可应用于宽光谱成像，在光场复振幅成像方面具有较大发展潜力。
单像素 光强成像 相位成像 空间光调制器 single pixel image intensity imaging phase imaging spatial light modulator
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
针对现有用于光学测量的双目变焦系统标定方法难度大、测量精度受限于两摄像机内参一致性等问题。提出一种基于单摄像机的平行双目立体视觉系统实现及其高精度变焦标定方法。方法基于三角测量原理采集图像, 利用高精度位移台驱动单摄像机进行平移以保证基线精度; 求解离散焦距下的预标定结果并利用BP神经网络模型对其进行拟合, 以实现任意焦距下系统内外参数动态估计。实验结果表明, 系统预标定的重投影误差小于0.1664 pixel, 变焦后图像畸变校正平均误差为0.0982 pixel,立体视觉测量尺寸绝对误差小于0.05mm。方法能弥补传统变焦标定方法的不足, 消除双目内参不一致引入的误差, 提高视觉系统的测量精度。
光学测量 摄像机标定 变焦镜头 立体视觉 BP神经网络 optical measurement camera calibration zoom lens stereo-vision BP neural network
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海电缆研究所, 上海 200093
为了实现更为高效、准确的光纤端面自动对焦, 对现有图像的清晰度评价函数进行了研究, 并在此基础上, 提出了一种新的计算简便、抗噪性好的清晰度评价函数。采用光纤几何参数测试仪获得光纤端面清晰成像面前后等间隔的 24帧光纤端面图像, 利用不同的图像清晰度评价函数对这 24帧图像进行计算, 得到相应的调焦曲线并分析其单峰性、单调性和抗噪性。结果显示, 所提的新评价函数具有更好的表现, 对自动对焦技术具有一定的参考价值。
清晰度评价 抗噪性 单峰性 image definition evaluation function noise resistance unimodality
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
要利用摄像机进行高精度的非接触式测量, 通常在线性模型的基础上采用单目摄像机进行光学标定、成像、校正和测量, 其中常用的针孔相机模型的可靠性及适用范围鲜有报道, 为此对目前广泛采用的线性模型的可靠性进行分析与研究。根据单目摄像机成像特点, 建立基于图像像素坐标与三维世界坐标的摄像机数学模型, 利用自制模板进行视觉测量实验, 并通过亚像素角点检测方法得到图像像素坐标, 在不考虑光学畸变的情况下, 对模板线段进行特征提取和线性度分析, 并不断调整测量距离进行重复实验。实际针孔相机模型测量结果显示相对误差不超过 1%, 在该模型下的重复测量误差最大不超过 0.3 mm, 并进一步提出了该模型在不同区域和不同物距下存在的测量差异。实验结果显示, 线性模型简单实用且在一定物距范围内具有良好的线性度。实验结果为针孔相机模型的建立提供了参考。
摄像机模型 线性模型 视觉测量 测量误差 camera model linear model visual measurement measurement error
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
针对上海光源X射线吸收精细结构光谱仪对灵敏度和分辨率的要求，研制了三晶体多轴同步辐射X射线荧光光谱仪。其采用一台双晶单色器提供实验X射线，用3块凹面晶体构成系统主体色散结构，并在竖直平面内组成相交的罗兰圆实现荧光分析，可实现10°范围内的布拉格角变化。光谱仪通过高精度控制驱动设备使位移平台实现了3块晶体的4轴联动和总台的2轴联动， 其中对位移平台的各轴精度达到了单步长移动25nm，可以实现高分辨率的三维扫描工作。编写了探测器的驱动软件，提高了驱动器的测试灵敏度和分辨率。最后，利用国际通用的实验物理控制系统——EPICS(Experiment Physics and Industrial Control System)完成了整个系统软件的设计，实现了系统各部分的精确控制、自动测量、数据分析和结果显示与存储等功能，构成了一套完整的基于同步辐射光源的高精度高分辨率X射线荧光光谱分析系统。采用钴元素作为测试样品进行了分析实验，结果显示: 该光谱仪单次测量时间小于1.5 s，测试精度达到 0.4 eV，分辨率为0.1 eV。光谱仪可以完成对样品荧光的采集和分析，操作时间、精度、分辨率和重复性等性能指标均优于现有国内、外设备，目前已成功应用于上海光源XAFS线站的各项科学实验中。
X射线荧光光谱仪 高分辨率荧光光谱仪 三晶体 多轴联动 EPICS系统 X-ray fluorescence spectrometer high resolution fluorescence spectrometer three crystals multi-axis linkage EPICS system 光学 精密工程
2017, 25(11): 2878
1 西藏民族大学 信息工程学院, 陕西 咸阳 712082
2 西安石油大学 光电油气测井与检测教育部重点实验室, 陕西 西安 710065
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了解决糖尿病人血糖检测的有创问题, 以生物特征检测技术为基础, 设计了一种近红外透射光谱法的多信息融合无创血糖检测系统, 并测试了系统性能。通过建立数学模型对该系统实测的数据进行处理, 得到人体的血糖值。试验结果表明, 本系统与传统血糖仪检测结果的相关系数达到了0.854 2。同时该系统可以对人体血糖变化趋势进行记录, 为连续监测血糖值提供了新方法。
多信息融合 无创 血糖检测 multi-information fusion noninvasive blood glucose meter STM32 STM32
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
pin器件在整流和探测领域都有着重要的潜在应用价值。为了提高器件伏安和光电探测性能,提出了一种新型的p-硅/i-氧化铝/n-掺铝氧化锌(AZO)结构器件,并利用原子层沉积技术(ALD)在低温下实现了器件制备。分析了器件的伏安特性,结果显示相比传统的pn结构器件,新结构在无光条件下实现了152的整流比。通过增加i层的沉积厚度,可以有效抑制遂穿效应,减小暗电流,提高光电检测的灵敏度,实现了比传统材料更高的光生电流灵敏度。
pin结构 原子层沉积(ALD) 整流比 遂穿效应 pin structure atomic lager deposition rectification ratio tunneling effect
