基于拓扑优化技术的导光板散射网点设计方法及其实现

为了解决机舱导光板传统设计方法下出光不均匀问题,根据球面点光源在空间中的光学传播特性以及导光板散射网点的散射原理,建立了三维坐标下的光照度模型,将拓扑优化理论与出亮度-网点直径数学模型相结合,以导光板散射网点直径为设计变量,以光照度-网点直径数学模型为目标函数来建立拓扑优化模型,推导出了一种基于拓扑优化方法的导光板散射网点出射照度的最优化设计方法。利用MATLAB编程对模型进行最优化求解和仿真,对仿真结果进行归一化,最终得到基于MATLAB程序下的导光板散射网点模拟仿真效果图,实现了通过导光板反射光的亮度最均匀化。将仿真结果与现有传统的光学软件下的结果进行对比,显示该方法下的散射网点仿真效果及出光均匀度优于传统光学方法下的仿真效果。     

基于狄利克雷分布和参数分析的高斯混合模型图像分割算法

传统的高斯混合模型对于含有噪声的图像不能进行有效的分割。针对有噪声图像的分割问题,提出了一种基于狄利克雷分布和参数分析的高斯混合模型图像分割算法。首先采用高斯函数对像素计算先验概率值,然后采用狄利克雷分布和定律关联像素间的邻域信息,并利用梯度下降法优化参数。实验结果表明,本文算法对无噪声和有噪声图像的分割结果比传统方法更有效,误分率更低。     

带半圆柱微透镜的超薄直下式LED平板灯设计

为了解决传统直下式发光二极管(LED)平板灯厚度大、均匀度较低的缺点,设计一种带半圆柱微透镜的超薄平板灯.该透镜上半部分是竖放的圆柱,下半部分是横放的半圆柱阵列.以一个正六棱柱作为单元模块,通过Tracepro软件及Taguchi实验法进行模拟仿真,对带半圆柱微透镜的半圆柱半径、圆柱厚度、透镜半径及透镜距LED的高度进行优化.结果表明:当半圆柱半径为0.2 mm,透镜半径为1.5 mm,透镜距LED高度为2.5 mm,圆柱厚度为0.5 mm时,其显示效果最好,并设计出一款厚度为15 mm,照度均匀度为95.53%,光效率为95.99%的超薄直下式LED平板灯,该平板灯符合现代超薄、节能的发展要求.     

椭圆厄米-高斯光束通过含有硬边光阑的分数傅立叶变换

将硬边光阑展开为复高斯函数,利用高斯光阑的ABCD矩阵形式来描述复高斯函数,推导出椭圆厄米-高斯光束通过硬边光阑分数傅立叶变换系统的光强分布近似解析公式.利用该公式对椭圆厄米-高斯光束光强进行了数值计算,研究分数傅立叶变换阶数、厄米多项式模数以及光阑尺寸对光强的影响.     

用OpenGL模拟基横模高斯光束光强分布

利用OpenGL技术模拟了基横模高斯光束截面光强分布的方法及相关实现方法。采用三角形图元带构建三维模型,并利用虚拟球实现了三维模型的旋转,直观地显示出光束截面光强分布的三维模型,最后讨论了其在测量领域的应用前景。     

侧入式液晶显示屏导光板散射网点密度设计

为了获得更好的光学均匀度,提高液晶显示器的亮度和色度,研究了导光板双边入光时散射网点密度对导光板出光面光学均匀度的影响。首先分析了导光板在液晶显示器中的工作原理。进一步通过理论分析,得出导光板散射网点的密度随着与光源距离的增大而增大。使用Trace Pro软件模拟了当网点密度从导光板中心位置向两边递减时,导光板出光面的光学辐照度,模拟得出的结果与理论分析一致。实验结果表明,导光板出光面的亮度最大值为5 729 cd/m~2,最小值为4 729 cd/m~2,光学均匀度为82.54%。通过对导光板散射网点密度的研究,为以后导光板的发展提供了理论基础。     

导光板散射网点密度设计与研究

为了获得更好的光学均匀度,提高液晶显示器的亮度和色度,研究了导光板双边入光时散射网点密度对导光板出光面光学均匀度的影响。首先分析了导光板在液晶显示器中的工作原理。进一步通过理论分析得出,导光板散射网点的密度随着与光源距离的增大而增大。使用TracePro软件模拟了当网点密度从导光板中心位置向两边递减时的导光板出光面的光学辐照度,模拟得出的结果与理论分析一致。实验结果表明,导光板出光面的亮度最大值为5729cd/m2,最小值为4729cd/m2,光学均匀度为82.54%。通过对导光板散射网点密度的研究,为以后导光板的发展提供了理论基础。     

复杂工程结构非概率可靠度分析的高斯过程动态响应面法

复杂工程结构非概率可靠度分析中,由于功能函数是隐式的,采用解析方法难以求解,针对这一问题提出基于粒子群优化的高斯过程动态响应面方法.该方法通过有限元生成少量训练样本,然后采用高斯过程回归模型重构隐式功能函数的响应面,实现小样本下隐式函数的显示表达,进而利用粒子群优化算法搜索设计点,并构造合理的迭代方式,利用各迭代步的设计点信息动态提升响应面对结构功能函数的重构精度.算例结果表明,该方法是可行的,与基于二次多项式的传统响应面法相比较,该方法的计算效率与计算精度均较高,易于与已有的有限元软件相结合,适用于具有隐式功能函数且计算代价较高的复杂工程结构非概率可靠度分析.     

基于遗传算法的汽车变速箱轻量化设计

文章利用近似模型方法和遗传算法对某变速箱进行轻量化设计.在满足变速箱刚度强度及振动模态要求的基础上,采用拉丁方法进行试验设计,基于高斯径向基函数建立近似模型,最后利用遗传算法进行全局寻优设计.优化后箱体质量降低了21％.结果表明,该方法对汽车变速箱结构轻量化设计具有一定的指导意义.     

室内智能舒适照明控制策略研究

根据工作面照度、邻近区域照度、背景区域照度、工作面均匀度和邻近区域均匀度5个主要因素,建立了视觉评估指标模糊系统模型.针对实际照明需求情况,综合考虑室内照明的整体效果和个性化需求,提出了基于粒子群优化的室内灯具亮度控制策略.通过最大化室内照明系统的视觉效果和节能的综合目标函数,优化控制灯具亮度,达到室内照明舒适、方便并且节能的目的.将灯具布置分为整体和局部照明两种,根据照明需求和人员分布,对灯具亮度控制策略进行仿真研究,结果表明,该方法可以实现节能与舒适的综合最优.     

基于势函数的均匀性度量与均匀性布点方法

根据物理学中电荷的势函数,提出均匀性度量的势函数模型,该模型可以对任一试验设计的布点的均匀性进行度量,并且可以对布点进行调整,直观上看,调整可以使布点在试验空间内更加均匀分散.     

光学显微系统的图像质量优化方法

为了改善显微成像系统的照明均匀度和光照度,对透射式显微镜照明装置中的聚光镜进行优化设计.首先,分析由双透镜组成的阿贝聚光镜光轴不对中、通光孔径小等问题对成像质量带来的负面影响.然后,提出用单一非球面透镜替代双透镜聚光镜来改善成像质量的方法.最后,实测聚光镜改进前后的照明装置对显微镜照明均匀度和光照度等关键性能指标的影响.实验结果表明:在20X,40X物镜下,使用单个非球面透镜组成的聚光镜的照明装置的照明均匀度分别达到0.50%和0.66%,比改进前的双透镜聚光镜的均匀度提高5倍;同时,优化聚光镜后的照明装置光照度比优化前分别提高了15%和17%.实际样本实验也表明,使用单个非球面镜聚光镜的照明装置能有效提高照明均匀度和光照度,可以改善透射式光学显微镜的成像质量.     

发光二极管辐射模型的快速建立与验证

基于Source Property Generator软件,根据配光曲线图快速获得相应的光源数据,提出运用非线性回归分析阻尼最小二乘(L-M)法,由模拟公式得到的光源数据与由配光曲线(或测量)获得的光源数据之间的误差,以寻求模拟公式参数的变化步长;然后,由误差均方根与归一化互相关两个判断标准来重建辐射模型的精确性.结果显示:误差均方根低于1%,归一化互相关接近100%.该方法只需提供光源的配光曲线图即可以获得相应的光强分布函数和辐射模型,如果前面的函数设置没有出现错误,一般只要一次就能通过验证;而且只要改变某些要求参数,即可便捷地设计出一系列同类型透镜的辐射模型函数.     

刀具柱面二维条码识读发光二极管照明均匀度仿真分析

为了预测刀具柱面条码图像的光源设计能否达到照明均匀度要求,通过计算机辅助光学照明软件,在实际发光二极管(LED)光源实体模型、发光特性、光强分布分析的基础上建立仿真光源模型,根据实际应用要求进行拓展模型设计.分析了3种关键因素对LED照明均匀度的影响规律,对仿真和实验结果通过拟合曲线进行对比分析,验证了仿真模拟的正确性和指导性.研究结果对刀具柱面二维条码识读时的光学系统设计具有指导意义.     

光寻址空间光调制器前置滤波

分析了光寻址空间光调制器对加续图像采样和能量量化所产生的噪声和假频，判别出产生噪声主要高斯噪声，借助电子学中A／D转换前置滤波概念，提出了一种光学前置滤波的方法，即在傅立叶变换透镜前加入矩形窗函数用于作假频和抑制噪声，将比函数入系统的设计中，既没有使系统结构复杂，同时又使此系统具有滤波，抑制噪声和提高信噪比的功能。     

基于背向偏振散射光的层状病变无损定位诊断研究

采用偏振光的Monte Carlo技术模拟研究了线偏振光经含有层状病变的组织散射后,背向散射光的时域光强分布.计算结果表明与入射光同偏振态的背向散射光峰值光强与病变组织的厚度或深度的关系均可用一幂函数表示.进一步的研究表明背向散射光峰值光强的时间位置仅依赖于病变深度,与病变层厚度无关.基于上述关系提出了一种利用背向散射光进行层状病变无损定位诊断的方法.     

采用遗传算法的可见光通信LED阵列分布优化

采用遗传算法快捷、准确地优化发光二极管(LED)阵列结构,使其在接收器上(目标平面)的光照分布均匀.推导LED 阵列的照度分布函数,以光照函数标准差与平均差的比值构建一个适应度函数,以此衡量目标平面的光照分布均匀度.获得光照分布最优时的LED 阵列结构数据后,应用MATLAB对几何模型进行仿真.仿真结果表明:目标平面的照度均匀度达到97.4%,验证了所提算法的有效性与可行性.     

使用局部大气光的单幅图像去雾算法

针对传统算法去雾后图像偏暗的问题,根据去雾后图像对比度和亮度均应该增加的标准提出了一种高亮度和对比度的去雾算法。首先依据大气光与复原图像亮度成反比事实,设置像素红绿蓝(RGB)三个颜色分量均值为局部级粗糙大气光,使用具有较好抑制光晕效应的半全局加权最小二乘算法优化获取局部级大气光;然后根据去雾图像方差与大气透射率成反比事实,使用基于像素最小颜色分量的大气散射函数计算粗糙透射率,然后使用局部均值滤波器优化透射率;最后结合雾天成像模型恢复无雾图像。实验结果表明所提算法去雾图像的梯度、亮度和速度等客观指标均优于传统算法,其中亮度最少增强1.5倍。所提算法能提高去雾图像亮度、丰富图像细节和提高去雾速度,具有较好的工程应用价值。