液晶波前校正器作为一种高单元密度的新型波前校正器件,通过相息图的衍射可以轻松实现十微米的波前位相校正量.因此,基于液晶波前校正器的自适应光学(LCAO)系统是21世纪天文观测领域非常有希望普及的系统.但是液晶波前校正器存在响应速度慢(>10 ms)、能量利用率低的双重问题,国际上一直处于探索研究中.本课题组不但解决了能量问题,而且在速度方面不断取得进步,所研制的LCAO系统与123 m口径望远镜连接,清晰观测到土星及其环绕的光环带,分辨出48和55视星等的α-Com双星,成像分辨率达到1.8倍衍射极限分辨率;目前系统延迟时间只有2 ms,可以说已达到工程应用水平,在装备8～10 m级大口径天文学望远镜方面极具应用潜力.

利用Berreman4×4矩阵建立理论模型对短螺距手性液晶的旋光率进行求解,使用MATLAB计算得到了手性液晶旋光角随入射角、螺距、盒厚等外界因素变化规律的仿真结果,且通过实验验证了此方法的准确性.对手性液晶旋光效应作为热敏材料的使用进行了实验探究,使用旋光仪测量螺距为250~310 nm的手性液晶旋光角,得到手性液晶的热敏旋光特性.结果显示,螺距不同时,液晶的旋光角随温度具有不同程度的变化,但每种螺距下,手性液晶旋光率随温度的变化明显且规律.验证了旋光率热敏效应的稳定性,结果证明将手性液晶作为一种潜在的热敏材料应用的可行性,为手性液晶在温度传感器中的应用提供了实验依据.

针对传统工业数字摄像机的灵活性差、实时性差等缺点,设计了一种基于FPGA的工业数字摄像机系统.将工业数字摄像机与FPGA结合起来,利用FPGA通过I2C总线接口控制器控制图像传感器采集图像数据,然后将Bayer格式图像转化为RGB格式图像,通过调用Altera IP核DDRII SDRAM controller with ALTMEMPHY和FIFO存储器设计了DDR2 SDRAM的接口,将图像数据缓存到DDR2存储器中,最后通过SPI总线接口在液晶屏上显示图像,可达到53帧/s图像的速度.系统代码共需约5 000个逻辑单元,3 704个寄存器,117个引脚.将设计代码下载到系统芯片中后,系统可以清晰显示所拍到的画面.设计结果表明,基于FPGA的工业数字摄像机设计灵活,易于移植,可实现高速图像采集和传输.

为消除芯片供货受限对装置生产造成的影响,基于FPGA开发了兼容原软件驱动的LCD控制器,搭配主流的SDRAM显存芯片,对装置的相关硬件电路进行升级.所述LCD控制器采用模块化设计,系统分为主机端接口、显存控制器、仲裁器、寄存器、异步FIFO等多个功能子模块,子模块使用有限状态机方法建模,以Verilog语言编程实现,通过参数化配置,能够在保持原软件系统不变的情况下,灵活支持不同分辨率的显示模式,有效满足应用的多样化需求.开发的LCD控制器在样本电路上进行了实测,运行稳定,图像清晰,视觉效果良好.实践证明,LCD控制器的设计具有良好的可配置性、可复用性和可移植性,可以作为类似问题的有效解决方案.

为了提高星敏感器地检设备中图像采集的便携型,设计了基于千兆网接口的星敏感器图像显示与存储系统.系统硬件平台包括输入图像解码与输出图像编码两部分,以AX88180和M88E1111为关键器件,在FPGA的控制下完成CameraLink图像到千兆网图像的协议转换,上位机软件通过Socket和多线程技术采集实时原始图像.通过实际应用证明,该系统满足图像数据的传输速度要求,能够方便地实现星敏感器图像的显示与存储.

为了取得更好的显著性检测结果,针对传统的显著性检测方法易造成边界模糊以及应用中央-周边差进行图像检测时,感兴趣目标的内部纹理会破坏目标的整体性的问题,提出了一种基于纹理抑制和连续分布估计的显著性检测方法.先对图像进行双边滤波的预处理,以平滑目标以及背景区域内部的纹理扰动,保留目标与背景之间的主要边缘.再采用SLIC超像素分割算法,对图像中具有相同特征的像素进行分组,通过多维正态分布提取分割区域的特征,利用二范数Wasserstein距离计算区域相似度:结合局部显著性检测以及全局显著性检测实现目标区域的提取.实验结果表明,本文的方法能够较好地提取显著性目标区域.

为了提升红外与可见光图像融合精度,提出了一种基于局部区域奇异值分解的自适应PCNN红外与可见光图像融合算法.利用局部区域奇异值构造局部结构信息因子,作为PCNN对应神经元的链接强度.经过PCNN点火处理,获得源图像的点火映射图,通过比较选择算子,选择源图像中明显特征部分生成融合图像.采用多组红外与可见光图像进行融合实验,并对融合结果进行客观评价.实验结果表明本文提出的算法在主观和客观评价上均优于已有文献的一些典型融合算法,可获得更好的融合效果.

为了追求更加真实的立体显示效果,实现真正的三维物理空间显示,合肥工业大学研发了第二代固态体积式真三维立体显示器,文章介绍了显示器的整机结构及系统设计,并对显示效果进行了测试.介绍了显示器的各组成部分及作用,主要包括LED光源、方棒积分器、中继系统、全反射棱镜、分色棱镜、三片数字微镜器件、投影镜头、折叠光路、显示体和控制电路等.然后进行了系统设计,包括液晶光阀制作、光源设计和电路模块设计.搭建了样机并测试了整机显示效果,亮度达到123 cd/m2,色彩饱和度达到7843%NTSC色域.显示图像颜色鲜艳,亮度较高,立体感较强.

针对传统的基于灰度图像的边缘检测算法抗噪能力弱、对方向敏感、获取边缘细节信息较粗等不足,本文通过分析彩色图像的特点,提出一种改进的Sobel算子与快速中值滤波相结合的彩色图像边缘检测算法,通过扩展边缘检测算子的方向模板,提高Sobel算子对纹理复杂图像的适应能力及抵抗噪声的能力.该改进算法在Altera DE2-70 FPGA硬件开发平台上,应用Verilog HDL语言与Quartus II中的可编程宏功能模块实现.实验结果表明,该算法的处理只占用了约2%的系统硬件资源,资源占用相对合理,且图像边缘定位准确,抗噪能力强,能够实时有效地提取出彩色图像的边缘.

为了实现大容量、低感知度的数字图像隐写,根据人眼视觉系统对图像边缘变化不敏感的特点,提出一种结合图像多尺度边缘检测和最小误差替换的自适应算法.简单介绍了常用的图像边缘检测算法以及Canny算子,而后通过利用Canny算子检测图像边缘像素.再按一定比例将秘密信息分别嵌入到边缘像素和普通像素中,并对比选用不同嵌入比例时算法的隐写容量和峰值信噪比差异,选定合适的嵌入比例.最后采用最小误差替换方法修正图像峰值信噪比,降低图像失真度,并对比算法针对不同载体时的嵌入容量和峰值信噪比.实验结果表明:以图片“Baboon”作为载体按4∶1嵌入比例隐写秘密信息时,本方案嵌入容量为525 612 bit,载秘图像峰值信噪比为413 dB.该算法不仅隐写容量十分可观,而且失真度小,计算简单,易于实现.

由于脑部结构复杂,存在精密纹理并且由于成像技术的限制,传统分水岭算法分割脑肿瘤很容易产生过分割问题.本文提出一种改进的分水岭算法解决此过分割现象.在应用分水岭算法之前对图像进行一些预处理:首先,应用形态学开闭重建重构原图像,滤除噪声和复杂细小的纹理;其次,对重建后的图像做多尺度形态学梯度,并对修改了标识符的梯度图像进行分水岭算法分割.实验结果表明:结构元素半径大小取17~22,肿瘤能够完全地分割出来.与传统的分水岭分割算法相比,本文所采用的算法很好地抑制了过分割问题,可以很容易地分割出肿瘤.

研究了蓝相II态液晶的双螺旋结构及特点,分析了缺陷与双螺旋结构的关系,解释了产生缺陷位置的原因.介绍了传统制作蓝相II态液晶晶格模型的方法,提出了一种制作蓝相II态液晶晶格模型的新方法,这种方法可以做出全空间的液晶分子指向矢.利用做出的新模型,采用时域有限差分法(FDTD)进行仿真模拟光学特性,当光源采用圆偏振时,模拟出的结果表明,左旋圆偏振和右旋圆偏振光的透过率有着显著的差别,与蓝相液晶螺旋方向相同的圆偏振光在特定的波长范围会被大量反射.

对于光栅化的三角形,其边缘存在明显的锯齿现象,因此需要进行反走样处理.基于Wu直线反走样算法的思想,考虑了水平直线外侧直接添加插值点的算法和三角形三边外侧反走样的算法.综合两者的优点,在绘制光栅化的三角形的同时,边缘叠加Wu反走样直线,并考虑背景像素灰度值的作用.结果表明,改进的三角形光栅化的边缘反走样算法有效提高了三角形光栅化后边缘的显示效果,该算法计算量小,便于FPGA实现,可用于对图形显示质量要求很高的机载显示系统.

在Contourlet域中,结合计算全息技术提出一种基于计算全息的强鲁棒性自适应水印算法.将两个原始水印图像利用共轭对称延拓傅立叶计算全息分别生成对应的全息水印,并利用预处理方法对全息水印进行加密处理.将原始图像进行2级Contourlet变换,得到的中频信息进行8方向分解,得到8个方向子带.利用Contourlet变换的多方向性和各向异性,将两幅加密全息水印自适应地替换中频的两个方向子带,实现水印的嵌入.实验结果表明,含水印图像与原始图像的PSNR值为38385 7 dB,水印隐蔽性好.在JPEG压缩因子为30的情况下,提取的水印信息清晰.当剪切含水印图像30%时,提取出的水印信息依然清晰可辨认.对噪声和低通滤波攻击均有很强的抵抗能力,并且可以有效抵抗打印扫描攻击.在水印提取时,不需要原始图像.本文提出的数字水印算法可以广泛应用在数字图像和印刷图像的版权保护中.

基于虚拟仪器技术,利用NI USB-4431数据采集卡、LabView软件研发了一种伺服转台Stribeck摩擦测量系统,实现对光电设备伺服转台的Stribeck摩擦力矩测试.该套系统通过LabView程序控制USB-4431数据采集卡,实现了对转台速度、加速度、电流的采集、显示、存储、数据分析等功能.以某一光电设备T型架方位转台实验,获得该转台的最大静摩擦力矩参数、库仑摩擦力矩参数、临界速度和黏滞摩擦系数.经验证,将摩擦参数带入模型中,正弦曲线引导下,转台仿真与实验的速度相关系数达099.该系统人机界面友好,可实现在线显示与测量,提供丰富接口,系统功能可做进一步扩展.

阐述了形成大双折射液晶化合物的结构因素和含炔键大双折射液晶化合物的主要研究成果.迄今研究发现:二芳基取代的乙炔类(PTP)液晶双折射范围在025～049;双烷基联苯炔(PPTP)类液晶双折射范围在032～05;双苯二乙炔类(PTTP、PTDTP、PTPTP)液晶双折射范围在035～067;三联苯乙炔苯类液晶化合物双折射值约为054;含氰基或异硫氰基的苯炔类液晶双折射范围在025～079;稠环基苯乙炔类液晶双折射在036～079.含炔键苯类液晶材料具有较大的双折射值和实用价值.

为了满足液晶光学器件快速响应的要求,采用有机合成方法获得了6种单氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶化合物.首先用IR和1HNMR对6种单氟取代液晶化合物的结构进行了表征,其次通过差热分析对其相变温度进行了测试,利用液晶综合参数测试仪对其液晶性能进行了研究.红外和核磁图谱表明合成的化合物即为目标化合物;差热分析获知这些化合物90 ℃左右进入液晶相,并且氟取代位置在与异硫氰酸酯基相连苯环的2号位置时有相对较低的熔点,最低的熔点可达到83.4℃;液晶综合参数测试结果表明这6种化合物的Δn值为0.432~0.681,同时氟取代位置在与异硫氰酸酯基相连苯环的3号位置时有相对更佳的响应性能.这些化合物在制备快速响应液晶光学器件中可能会有潜在的应用价值.

为了满足液晶母体在各种情况下的参数要求,合成了6种新型的具有2个或2个以上的2,3-二氟苯基的有较大负介电各向异性的化合物.以2,3-二氟丙基苯或2,3-二氟苯乙醚为原料,通过一系列反应合成了目标液晶单体.经过核磁共振、元素分析和质谱等方法确定了分子结构;利用示差扫描量热仪、阿贝折射仪和电容电抗测试仪等测试手段对其进行测定.实验表明,这类多氟化合物有着较大的光学各向异性(Δn=0.22~0.33)和较大负值的介电各向异性(Δε=-7.63~-12.02).该类型的多氟化合物可以用于液晶母体的调配并且改善其部分性能.这类多氟化合物原料易得、收率较高(总收率50%),极易实现工业量产.

目前,LCD行业已经趋于成熟.各大面板企业都在提升自身产品的竞争力:高分辨率、高色域、轻质化、窄边框化以及高对比度等等.本文从聚酰亚胺取向层材料方面着手提高对比度进行了研究与阐述.研究过程中利用实验室与产线进行了实际测试,通过对比不同性质的取向膜材料所制作的平面电场宽视角(ADS)模式液晶面板,证明了配向能力越高的取向材料得到的面板对比度越高.高配向力的取向层可以使液晶分子的排列更加有序化,在常暗模式的FFS显示器中,初始位置的液晶分子预倾角越低,液晶面板的暗态越好,在亮态相同的情况下,对比度将会提高.

GOA型TFT LCD产品Shorting Bar testing工序烧伤现象严重,针对把根源归结为Shorting Bar Testing工序测试参数电压过高的假设,设计一个Source电压远高于理论测试电压的测试波形,分别以高压值参数和理论值参数对样品进行测试,结果发现两种情况下烧伤概率一样;针对把根源归结为Shorting Bar testing工序驱动程序启动瞬间冲击烧伤的假设,在测试驱动板上每个测试信号输入口加一个限流器,用加限流器和没加限流器的测试治具分别对样品进行测试,结果发现两者烧伤概率一样;针对把根源归结为静电击伤的假设,在Shorting Bar testing工序增加防静电措施,分别在改进前后的测试环境对样品进行测试,发现改进后未出现烧伤现象.可见出烧伤现象的根源在于静电,而非其他原因.

研究了不同界面修饰层对酞菁氧钒(VOPc)薄膜晶体管性能的影响.通过AFM图谱分析不同界面修饰层上VOPc薄膜的生长行为,通过半导体参数测试仪测试分析不同界面上器件的电学特性.实验结果表明,十八烷基三氯硅烷(OTS-18)修饰后生长的VOPc薄膜,比正辛基三氯硅烷(OTS-8)和苯基三氯硅烷(PTS)修饰后的薄膜晶体尺寸更大、质量更优;基于OTS-18修饰的底栅顶接触型VOPc有机薄膜晶体管,在4种结构器件中具有最高的场效应迁移率(051 cm2/V·s),相对于未修饰的器件迁移率提高了近40倍.较长的烷基链能够有效地隔绝VOPc分子和二氧化硅之间的相互作用,利于形成大晶粒尺寸、少缺陷的优质薄膜,获得高迁移率的TFT器件.绝缘层表面自组装单分子层的厚度对其上薄膜的生长行为和相应器件的性能影响极为明显,这一结论对有机半导体薄膜生长和器件制备具有指导意义.

液晶显示需要低功耗、均匀度好的光源作为背光源.为了降低功耗,提高显示图像质量,未来的液晶显示需要实现对背光源进行时间与阵列调制.对比现有的液晶显示用背光源,研究制备了氧化锌场发射光源.该光源采用氧化锌纳米针作为场发射阴极,采用平面栅极作为门电极调制结构实现亮度的连续可调,通过带有氧化镁二次电子发射层的金属栅网对电子进行聚焦实现光源的均匀照度.实验结果表明,带电子聚焦的氧化锌场发射光源具有较低的开启场强(11 V/μm),较小的电压调制区间(小于150 V),较高的发光强度(大于1 000 cd/m2),且基于电子聚焦结构的设计,实现了光源的均匀稳定照度,可以提高液晶显示的图像质量.带电子聚焦结构的氧化锌场发射光源,既可实现对发光的时间与阵列调制,同时能提高发光的均匀性,将可作为液晶显示的理想背光源.

为实现步进电机控制器系统升级,深入探讨了S3C2440A在步进电机控制器人机交互接口中的应用.S3C2440A内部具有专用的触摸屏接口和LCD控制器,可方便实现与触摸屏和LCD的无缝连接.在介绍步进电机控制器结构的基础上,给出了S3C2440A与触摸屏和LCD的接口电路,并对其应用程序设计进行了详细分析.通过等待中断模式和X/Y坐标连续转换模式的结合实现触摸屏触点信息的采集,并介绍了触摸屏的三点校正方法,最后给出了示例代码.以320×240 TFT LCD为例,对LCD控制器的时序、缓冲区设置和显示数据格式进行了详细分析,同样给出了应用程序代码.最后,完成了系统运行实验.实验结果表明,S3C2440A与触摸屏和LCD接口方便,采用该结构可简化硬件系统设计,并减轻系统运行负荷.整个系统运行可靠.

红外触摸屏是大尺寸触摸屏的首选方案,但是实际应用中红外触摸屏普遍存在分辨率不高、响应速度较慢的不足,而且生产环节存在加工组装复杂的弊端.针对以上不足,提出了一种红外屏设计方案.硬件部分设计了二维选通红外扫描电路、接收电路和滤波电路,实现了发射与接收电路的模块化,为加工组装提供了便利.软件部分首先提出了脉冲式红外扫描方式,并给出了基于STM32F205片内Timer和ADC的脉冲扫描实现方法,提高了红外屏的扫描速度;然后介绍了细分扫描的设计思路,并通过二次细分扫描在不增加硬件成本的基础上提高了红外屏触点的定位精度.最后介绍了支持多点触摸的HID报告描述符的实现方法,实现了红外屏免驱安装.实际证明,该设计方案降低了加工制造复杂度,实现了红外屏即插即用,有效地提高了红外触摸屏的分辨率和响应速度.

在脉冲激光测距系统中,设计实现了基于FPGA和TDC-GP21的高速精密时间间隔测量系统.采用TDC-GP21的高精度测量模式,配置TDC-GP21完成了时间间隔测量,通过校准测量对测量结果进行补偿修正,提高了系统的测量精度;设计了多级嵌套状态机实现高速SPI通信,减小了系统单次测量周期;分析了影响测量精度的因素,比较分析了3种时刻鉴别方法的漂移误差,设计了高通阻容时刻鉴别模块,减小了系统的非线性误差.实验分别进行了基于FPGA脉冲信号的时间间隔测量和激光测距试验,对比验证了系统的测量误差,分析了系统在测量区间的线性度.实验结果表明,系统可以实现高速稳定测量,线性度良好,重复测量频率达1 kHz,测量精度在±100 ps内.

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为一种场致发光光源,已经获得广泛的应用,但在影像测量中的下照明领域还处于起步和探索阶段.影像测量中,光照不均匀或者光强不适,都会影响所拍摄图像的质量.为获得高质量的图像,设计一种基于PWM数字可调的均匀光源系统,用于下照明的影像测量.系统通过正交实验法获得环形的LED阵列、灯的倾角、LED灯的数量、LED的环形直径等,搭建光源系统,使得LED环形阵列在视场2 cm内获得均匀的光强,结合LED发光特性设计PWM脉冲发生电路,通过上位机的软件让均匀光源强度256级可调,适合各种不同的场合,增强实用性.实验数据表明,利用光学显微影像测量系统,在最小放大倍率07倍以及最大放大倍率45倍两种极端情况下,检测4个级别的光强均匀性都超过了83%.该系统完全能够在影像测量中达到要求.

为了满足高仿真度和交互性的跟踪雷达模拟要求,建立了一种基于Visual C++的航迹跟踪雷达模拟软件.对该软件系统所采用的基础理论模型、软件结构设计和实现难点进行了分析解决.根据雷达目标散射统计结果,产生包含噪声的目标回波模型和杂波散射统计模型,构建了飞机的运动模型、建立批次和航迹滤波算法.对模拟系统进行了功能设计和工作流程介绍,着重介绍了软件实现中解决的技术难点,包括目标与山体遮挡的判断和目标回波合成技术.介绍了模拟系统的主界面和功能窗口.在通用计算机上软件运行结果表明,软件计算响应时间小于01 s,A显和P显图像更新流畅、无闪烁,可移植性好.山体杂波和飞机目标的回波逼真度高,软件运行流畅、实时性好,达到航迹跟踪雷达的目标检测、杂波滤除和航迹跟踪要求.