研究了基于CCD传感的激光粒度测量方法和优化。在系统设计和实验参数优化基础上,设计了CCD传感器的光环尺寸,并基于Mie散射理论,建立了理论计算模型,计算了待测颗粒的理论光能分布。对标称粒径为10.9 μm和57.9 μm的聚苯乙烯乳胶标准颗粒进行实验,获得颗粒散射光能分布图像,提出了一种新的光环中心确定方法,并由编写的图像处理程序分析散射光能分布。颗粒粒径的反演结果与标称尺寸比较表明,用此测量方法得到的颗粒散射光能分布与其理论分布较一致,稳定性与重复性较好。

液体的折射率是一个重要的物理参数,在外界一定的条件下,掌握液体折射率及其变化,则可以了解其纯度、浓度等参数及品质。提出一种用低相干光外差干涉方法测量反复使用食用油的折射率,进而鉴别油的品质。实验以改进的迈克尔逊干涉仪为基础,将样品油放入测量臂光路中,当两束分别来自测量臂与参考臂的低相干光的光程接近相等时,会出现光外差干涉现象。利用光电探测器得到此干涉信号,根据前后相应的光程变化量,进而得到待测样品的折射率。食用油经反复加热1、2、3、5、7次后,葵花油的折射率分别为1.469 5、1.469 7、1.470 1、1.470 7、1.471 3,玉米油的折射率分别为1.468 8、1.469 1、1.469 4、1.470 1、1.471 1。结果表明,该方法可以准确测量出不同加热次数食用油的不同折射率,测量稳定性较高,能快捷、有效地鉴别反复使用的食用油品质。

提出了一种利用旋光色散进行波长测量的方法。采用高灵敏度的硅光电倍增管(SIPM)探测线偏振光通过旋光物质和无旋光物质时的输出光强随步进电机旋转而发生的变化,由此测出旋光物质的比旋光度,从而根据比旋光度的色散特征方程求出对应光源波长。大量实验证明,该波长测量装置的精度为1 nm,标准差为0.06 nm,该波长检测方法具有良好的可行性与稳定性,并且该测量装置具有结构简单、易于调节等特点。

高级驾驶辅助系统可以大幅度降低交通事故,减少人员伤亡和经济损失,摄像头是该系统中的重要部件。为了在前视摄像头开发期间更早发现存在的问题,模拟路试过程中的危险工况,提出了一种基于CarMaker和VeriStand的硬件在环测试系统。应用所搭建的台架进行了大量摄像头的硬件在环功能测试,台架测试结果与实车测试结果一致,在车道偏离预警和前方碰撞预警典型工况下均能及时产生报警信号。

从奈奎斯特采样定理、光源两方面分析对数码显微图像分辨率的影响,表明在物镜确定的情况下,需要选择合适的摄像头、摄像接头、光源、滤色片等,以满足采样定理,有效发挥物镜的分辨率,准确重建出数字图像。

利用液晶可调谐滤波器(LCTF)和CMOS相机组合的多光谱成像系统,在波长400~720 nm内以5 nm为间隔对莲花白叶片进行多光谱成像。首先根据图像亮度信息法的原理,计算得到各波段莲花白叶片的可识别度;然后对莲花白叶片的可识别度进行大小排序,综合图像的信息特征和可识别度,得出555 nm、715 nm、710 nm、575 nm、535 nm、520nm、720 nm、605 nm和650 nm 9个波段有较好的识别度;最后根据欧氏距离法和光谱角度匹配法分别对莲花白叶片的特征波段的分类精度予以统计,得到两种方法的分类精度分别为95.56%和93.13%。实验证明,选取的9个波段对莲花白叶片具有较好的分类精度,可作为莲花白叶片的特征波段。

以径向偏振圆对称Airy光束为例,基于Rayleigh-Sommerfeld矢量衍射理论,探讨了矢量圆对称Airy光束的传输特性。随着光束波长增大其自聚焦焦距减小,光束等效数值孔径增大。与傍轴理论计算结果比较后发现,当等效数值孔径大于0.09时,傍轴理论不再适用,因为此时傍轴理论低估了光波的衍射效应和矢量性。

探针结构参数的合理选取将直接决定扫描图像及其盲探针修正图像的失真程度。基于此,以一维矩形模拟光栅为典型案例,对该模拟光栅的原子力显微镜(AFM)扫描成像过程与盲探针修正过程进行了仿真,阐明了探针结构参数对扫描成像过程与盲探针修正过程的影响规律。通过建立线宽变化度与半高宽相结合的图像重建误差评价指标,确定了针对该模拟光栅的AFM探针建议结构参数,并取得了良好的光栅图像重建效果。研究表明,应用线宽变化度结合半高宽来综合评价光栅的AFM测量和图像重建过程,有利于提升实际光栅AFM图像盲探针重建的准确度。

为解决当前夜间辅助驾驶仪平面显示的弊端,提出利用平行式红外双目立体系统用于夜间辅助驾驶的方案。分别从波段选择、体视半径和体视区域三个方面分析了系统的可行性,最后通过搭建的红外立体辅助驾驶系统对系统的可行性进行验证。结果表明,红外立体辅助驾驶系统可以有效解决当前夜间辅助驾驶仪平面显示的弊端,有利于驾驶员对路况作出正确的判断。

结合结构光投影三维扫描的原理,设计了数字微镜器件(DMD)作为结构光的发生装置,主控芯片为FPGA,实现了高速的DMD的控制和相机的同步采集。搭建了一个嵌入式三维扫描光学平台,并应用四步相移法完成实验。首先指定不同方向和周期的正弦条纹结构光,同步采集图像;然后通过软件设计完成对采集图像的预处理、相位的解调、相位的展开、相位-高度映射还原得到三维的深度信息并建模;最终获得最高464.8帧/s不同方向和周期的正弦条纹结构光显示,达到194帧/s的相机触发采集,三维扫描效果图清晰,还原和重建效果理想。

TFT-LCD端子区黏合玻璃芯片(COG)、柔性印刷电路板(FPC)时会出现显示异常,需要对集成电路(IC)进行返工并重新黏合,返工时异方性导电胶(ACF)去除液极易造成端子区腐蚀。实验对腐蚀位置进行扫描电子显微镜(SEM)表面像和断面像分析,确认了膜层结构与膜层厚度,验证了多种ACF去除液在不同时间的去除效率。实验表明,由于氧化铟锡(ITO)和M2刮伤,引起去除液渗透到各膜层,造成端子腐蚀,而采用G-430型去除液涂抹且静置1 min后再用丙酮去除的方法,则可有效去除ACF且无腐蚀现象。该方法返工效率高,且棉签代替竹签操作方便,减少刮伤隐患,间接增强了端子耐腐蚀性能。

为了提高汽车刹车片的检测效率和准确性,设计了基于机器视觉的汽车刹车片自动化检测系统。针对自动化检测需求搭建了基于可编程逻辑控制器(PLC)的自动化测试平台,开发了相应的视觉系统。结合VisionPro和C#语言开发了检测软件,完成了图像获取、图像校准、图像定位、尺寸测量、缺陷标示、字符识别等任务。实验结果表明,系统可快速、准确地识别出工件的尺寸、表面缺陷和字符。

针对辐射光谱测温法测量误差问题,利用黑体炉搭建了标准辐射测温实验平台,选用200~1 100 nm波段光谱仪对标准高温源进行辐射光谱测量。讨论了高温源辐射光谱特征,并基于辐射光谱测温法获得了温度测量值,该值与标准参考值的相对偏差小于4%,同时分析了测量重复性引起的标准不确定度分量,为辐射测温法应用提供参考。

针对光栅尺、容栅尺等位移测量仪器不易于现场安装的缺点,提出一种基于图像处理的位移传感器装置,使其在满足分辨率与响应速度的条件下,最大限度降低安装要求。该传感器基于激光鼠标原理,通过改进光学组件,使得传感器与参照物可以保持比较长的非接触空间。同时根据不同场合的需求,换装不同放大率的光学组件,以得到不同工作距离、分辨率的传感器。实验表明,该传感器易于安装在多数平面运动的待测物上,具有成本低、精度高、线性度好的优点,可广泛用于普通机床的数显改造、机器人的精确定位等场合。

利用电子束蒸发在硅基底材料上沉积氟化镱(YbF3)薄膜,并对不同沉积温度所得薄膜进行了研究。研究结果表明,在反可见透红外波段上,沉积温度对于YbF3薄膜的物理和光学特性有较大影响。当沉积温度为150 ℃和180 ℃时,硅基底上的YbF3薄膜的光学性能和可靠性较差;当沉积温度为220 ℃和240 ℃时,硅基底上的YbF3薄膜具有良好的光学性能和可靠性,能适用于不同要求的薄膜产品研制。