1 福建师范大学光电与信息工程学院福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
2 福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
为满足机器视觉系统对可变倍双远心系统的需求,设计了一款可实现连续变倍的双远心镜头。该系统的放大倍率为-0.50×至-0.20×,物方视场可观测的直径范围为22~55 mm,可满足低畸变(各倍率段均小于 0.1%)、高分辨率(77.5 lp/mm处均大于 0.30)、高远心度(各倍率段均小于 0.1°)等设计要求,在使用过程中同时具有对物面、像面位移不敏感和可连续变倍检测的优点。重点介绍两种求解变倍凸轮曲线的方法,并进行相互验证,验证结果表明了凸轮曲线数据的准确性,这对变倍系统的后期生产加工具有重要作用。
光学设计 机器视觉 变倍双远心系统 凸轮曲线 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 052201
2福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
提供了一种基于机器视觉的双视野双光路远心系统设计方案,以折射棱镜为分界,将远心系统分为物镜部分与目镜部分,通过增加或更换目镜,即可在原有系统中同时实现不同的光学放大率,提高了远心系统在不同场合的适用性。设计了一款具有双视野的双远心系统。该系统工作距离为130 mm,物方视场分别为40 mm与80 mm,搭配 ON Semiconductor公司生产的型号为SN5000A的成像芯片,光学放大倍率分别为-0.275与-0.1375,并且满足低畸变(各视场畸变均小于0.1%)、高分辨(105 lp/mm处大于0.3)、高远心度(小于0.1°)等设计要求。
光学设计 双远心系统 远心度 公差分析 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 012202
1 上海理工大学医疗器械与食品学院, 生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海市现代光学系统重点实验室, 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
为实现简化的角膜曲率测量系统, 提出一种以角膜反射成像为原理的角膜曲率计, 其测量方法是将六个呈正六边形排布的点光源准直后投射到角膜前表面, 角膜反射图像经物方远心光路成像在CMOS上; 利用重心算法求出角膜反射图像中位于正六边形长对角线上的两个点光源的距离, 进而求得角膜曲率。本文对系统的成像质量、测量范围和测量精度进行了理论分析, 并且采用标准模拟眼和人眼进行实验, 以验证理论分析结果。结果表明: 本文设计的测量系统的角膜曲率半径测量范围为5.5 mm~11 mm(对应角膜屈光度30 m-1~60 m-1), 测量误差为±0.02 mm。这将为自动角膜曲率计的设计及优化提供技术支持。
角膜曲率计 反射成像 远心系统 图像处理 keratometer reflection imaging telecentric system image processing
长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
针对深腔内深孔、微小孔或盲孔等,由于受到腔体尺寸形状和腔体结构的限制, 导致对腔体内表面的检测及腔体内孔径形位信息的检测有很大的难度,设计了一种检测腔内小孔特征以及腔内状态的内窥镜光学探头。该探头为具有90°视向角、20 mm大景深、高分辨率的细径内窥镜, 其放大倍率为-0.71×, 最大畸变为0.5%, 全视场MTF在166 lp/mm处接近0.1, 孔径检测精度为0.01 mm, 分辨率为0.005 mm, 且光学系统外径小于5 mm, 可用于对腔体直径范围15 mm～45 mm、孔径直径范围0.01 mm～4 mm的腔体零件内微小孔径形位信息的检测。
光学设计 孔径测量 内窥光路 双远心系统 大景深 optical design aperture measurement endoscopic light path dual telecentric system large depth of field
桂林电子科技大学 智能光机电及先进制造技术研究所, 桂林 541004
为了满足基于机器视觉的复杂零件表面质量在线实时检测的需求, 根据双远心成像原理和像差理论基础, 采用ZEMAX光学设计软件, 设计了一款大视场宽景深的双远心光学系统。所设计的系统仅由6块透镜组成, 工作波长在可见光范围内, 系统放大率为-0.061, 工作距离大于390mm,最大视场达到180mm。结果表明, 光学系统的最大畸变小于0.1%, 景深范围达到80mm,调制传递函数在全视场100lp/mm处大于0.4, 远心度最大值控制在0.012°内;各种像差均得到很好的矫正, 像质优良。该设计结构符合双远心系统的总体设计要求。
光学设计 双远心系统 光学制造 远心度 optical design double telecentric system optical fabrication telecentricity
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,依据干涉图调制度分析了最恶劣面形改变条件下对干涉仪元件面形误差的要求,并采用前后镜组匹配实现了双远心成像系统的设计。设计结果表明: 该光学结构可避免调焦产生的成像系统缩放比改变,有效视场内畸变量<0.1%,传递函数在38.5 lp/mm处物面所有点全视场范围≥0.60。依据仪器视场角对滤光片安装位置和精度提出要求,并对成像系统进行杂散光和照度均匀性分析提出有效抑制杂散光的措施和方法。系统设计满足了空间外差光谱仪对成像的要求,实现了照度均匀、低畸变、离焦情况下缩放比保持不变等。
光学设计 空间外差光谱仪 远心系统 optical design SHS telecentric optical system MTF MTF 红外与激光工程
2016, 45(8): 0818005
1 西安工业大学 理学院, 陕西 西安, 710021
2 西安工业大学 机电工程学院, 陕西 西安, 710021
针对井下爆炸装置主体密封螺纹的大径、中径、小径、螺距等参数的测量问题, 为了提高螺纹测量自动化程度, 在主体结构特点基础上研究了其外螺纹机器视觉测量方法。为了提高测量精度, 设计了基于双远心光学系统的外螺纹机器视觉测量系统。研究了螺纹图像区域提取方法、快速特征点提取方法、参数计算方法等。在所搭建平台上, 对所提出方法进行实验分析。实验结果表明, 被测螺纹导程为3 980.8 μm, 大径为65 435.6 μm, 螺纹小径为60 669.4 μm, 测量牙型高为2 383.1 μm, 满足4级螺纹精度要求, 证明了该方法的正确性和可行性。
双远心系统 螺纹检测 机器视觉 检测区域提取。 double-telecentric system screw measurement machine vision measuring regionextraction
福建师范大学物理与光电信息科技学院, 福建 福州 350007
基于机器视觉的大视场非接触精密检测的需求,参照卡尔蔡司公司的TVM 150/11/0.1远心镜头指标,设计了一款大视场双远心光学系统。采用了近对称的结构和半部设计的设计思路,较好地控制了畸变和倍率色差,实现了长工作距离(大于160 mm)、大视场(物方视场达到Φ150 mm)、低畸变(最大畸变小于1个像素)、高分辨(在2/3″ CCD全视场200 lp/mm处光学传函优于0.3)、宽景深(设计景深达到了±38 mm)和双远心系统的设计要求。着重分析了系统各器件偏心对畸变的影响,通过对关键器件的偏心控制,有效地抑制了由于生产制造过程中的偏差产生的随机畸变对测量误差的影响,从而为实际生产提供了理论指导。
机器视觉 远心系统 光学设计 非接触检测 大视场 machine vision telecentric system optical design non-contact measurement large field
1 北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876
2 北京交通大学 理学院物理系，北京 100044
3 中国科学院大恒集团有限公司，北京 100086
提出了微分Haar－Gaussian小波变换算法并将其应用于边缘检测，在空域和频域中进行变换，并应用带宽匹配方法和远心测量光学系统，提高了运算速度，通过对实际大景深物体离焦像的边缘测量，得到了准确的结果。
光学测量 小波变换 边缘测量 自动检测 远心系统 optical measurement wavelet transform edge detection automatic inspection telecentric system
