并行共焦探测系统的数据处理与三维信息获取

共焦测量方法由于其高精度、高分辨率及易于实现三维成像数字化的独特优势而被广泛应用。文章针对并行共焦探测系统,介绍了共焦系统图像数据处理与三维信息获取算法,提出利用插值方法来获取三维数据,提高系统测量速度和精度。编制了并行共焦探测的数据图像采集与处理专用软件,采用了基于Windows界面的模块化结构设计,具有图像采集、纵向步进控制和数据处理与三维重构等多个功能模块。     

基于像散的并行全场三维检测新方法

基于像散原理，提出了一种全场并行三维检测新方法，该检测方法利用微透镜阵列产生的二维点光源阵列来实现并行像散光路，实现了对测量表面的全场同步检测．利用像散特性曲线中的线性关系，实现在较大采样间距下获得较高的轴向分辨率．介绍了并行全场三维检测的测量原理，对像散光学系统的性能参数和影响因素进行了分析和讨论，并进行了可行性实验．实验结果中像散特性与理论分析是基本吻合的，表明像散法在并行三维检测中可以应用．     

一种提高并行共焦显微测量重复性精度的方法

并行共焦测量是利用微透镜和小孔列阵产生一个二维点光源阵列,实现对物面上一个二维阵列物点的同步共焦测量。传统的共焦显微测量系统对三维形貌进行重构,是通过搜索各个轴向扫描图像中光斑光强极值点的位置来获取三维轮廓,轴向扫描间距的选取对测量精度和重复性的影响很大。文章介绍了一种新的数据处理方法,其先对各物点的轴向光强采样值进行线性拟合,再由拟合得到的直线确定最大光强所对应的轴截面位置,这样可以在较大的轴向采样间距下获得较高精度的三维轮廓信息。实验结果表明,采用这种数据处理方法,测量精度和重复性精度均有所提高。     

共焦扫描系统的光外差探测

提出了一套新颖扫描成像系统方案,它综合了共焦扫描方式与光外差探测方法的优点。该系统具有μｍ级的纵向层析分辨率能力,且能大大改善对低反试样或较厚试样的深层扫描成像的图像质量,对其成像机理,光学特性进行了分析。     

高斯光束对三维共焦扫描成像的影响

应用传递函数方法研究了高斯光束对三维共焦扫描成像的影响．计算与分析表明，光束的束腰半径越小，三维成像时横向和轴向的截尾空间频率都减小。成像品质下降，分辨率降低．当束腰半径2倍于光瞳半径以上时，成像质量几乎不受高斯光束的影响．焦平面上的二维传递函数的分析和计算也有相类似的结果。     

共焦扫描系统的光外差探测

提出了一套新颖扫描成像系统方案,它综合了共焦扫描方式与光外差探测方法的优点．该系统具有μｍ级的纵向层析分辨率能力,且能大大改善对低反射试样或较厚试样的深层扫描成像的图像质量．对其成像机理、光学特性进行了分析．     

基于物方差动共焦轴向测量引导的显微镜自动对焦方法

针对传统自动聚焦方法效率低,难以适应工业产品微观形貌检测高精度、高效率需求的问题,提出一种基于物方差动共焦轴向测量引导的显微镜自动对焦方法(DCAFM)。在获取测量系统中离焦量和轴向光强差之间的标定曲线后,控制运动机构使物镜与样本的轴向距离以等步距的方式采集图像。通过焦前与焦后位置光强差快速确定当前轴向离焦量,控制轴向运动机构,实现快速自动对焦。搭建显微镜自动对焦实验平台,对样品进行测试。实验结果表明：文中方法的图像对焦速度和灵敏度优于DFT,EOG等自动对焦方法,系统的轴向分辨率优于0.4μm,有效地提高了显微镜的对焦速度和精度。     

共焦法布里珀罗干涉仪灵敏度和稳定性研究

共焦法布里－珀罗干涉仪（Confocal Fabry-Perot Interferometer,CFPI）是用光学方法探测固体表面超声振动的解调器件,它的灵敏度和稳定性决定了整个系统的灵敏度和稳定性。通过使用干涉仪的共轭输入光,使系统探测超声振动的灵敏度可提高至少2倍;同时详细给出通过干涉环来粗调干涉仪的共焦点,并提出使用单片机（MCS－51）反馈控制系统来稳定最佳工作点的方法。利用该系统实现了对铝样品表面压电超声振动的检测,得到了较好的实验结果。     

利用共焦成像原理实现微米级的三维轮廓测量

以普通光学成像透镜取代显微物镜,以针孔阵列(500×500)取代单针孔,实现了全场并行共焦测量.在数据处理上,采用了内插值三维重构算法,以及二次曲面拟合的系统误差校正算法,可以在较大的采样间距下获取较高的测量精度.实验表明,系统的最大横向测量范围为5mm×5mm,横向测量精度约为13μm,纵向测量精度约为5μm,因此可大大提高测量视场及测量速度.     

共焦扫描显微镜成像的实验研究

采用样品扫描方式，通过对传统光学显微镜的改造，开发了一套反射式共焦扫描显微镜(Confocal Scanning Optical Microscope，CSOM)，并对多种样品成功地进行了扫描成像．     

基于Solid Edge的二维到三维CAD的转换

三维CAD模型便于CAD／CAE／CAM集成，已渐成主流，将二维设计图转换为三维CAD模型已是当务之急。本文介绍了两种高效和准确的基于Solid Edge的转换方法。利用该方法．可降低了企业产品开发成本和减少开发周期，具有一定的实际意义。     

井距对深部调驱效果影响的三维物理模拟研究

建立了深部调驱平面均质纵向非均质以及平面非均质纵向非均质三维物理模型。在该模型上布置了压力传感器和饱和度测量器,测量了不同模型不同井距下的注入压力、出液量、出油量和各点含油饱和度,计算了水驱采收率、注调驱剂后采收率和最终采收率,绘制了驱油效果图和含油饱和度场图,得出了在经济条件允许的情况下,井距越小、水驱效果越好、注入调驱剂后效果越好、总采收率越大的结论,从而为油田在深部调驱情况下合理井距的选择提供理论依据。     

体全息在共焦显微镜中的应用

采用体全息记录信息代替共焦显微镜中的反射镜,在物光的衍射光强最大的条件下,记录体全息信息.体全息共焦成像的动态范围取决于全息衍射效率和材料的限制,而深度分辨率则取决于物镜的数值孔径和记录介质的厚度大小.体全息共焦显微镜系统的观测结果对探测器前的光阑孔径大小没有明显的依赖关系,在探测器前加尺寸不必特别小的针孔或可以不加针孔,这样可减小由于衍射现象引起的像差.体全息成像本身具有滤波的作用.物镜的像差在体全息自成像过程中由于相位共轭而消除,从而使仪器的深度分辨率与测量的动态范围不再相互限制.     

基于平行因子法分析湖泊沉积物间隙水中DOM的三维荧光光谱

采用平行因子法对湖北省内31个湖泊沉积物间隙水DOM的三维荧光光谱进行分析,并对DOM荧光组分进行了聚类分析,以研究湖泊沉积物间隙水DOM是否有按流域聚类现象.结果表明:(1)所有样品荧光光谱形状及峰位置基本相似,主要为类腐殖质荧光峰和类蛋白荧光峰,但是荧光峰的位置存在偏移和重叠现象;(2)用平行因子法将荧光光谱分成5个独立的成分,分别为类富里酸、类胡敏酸、类色氨酸和类酪氨酸,以及受类酪氨酸和类富里酸之间相互作用影响而被分离出来的另一种类富里酸;(3)荧光成分相对含量分析中,类富里酸总含量高于类胡敏酸和类蛋白,成为所研究湖泊沉积物中较为活跃的有机酸;(4)从聚类结果看,湖北省内湖泊沉积物间隙水中的DOM荧光组分差异不明显,只存在小范围的流域差异性.     

基于并行优进策略的差分进化算法

差分进化算法是一种新颖的进化计算技术,为减少用户选择算法控制参数的盲目性和提高算法收敛速度,设计了一种基于并行优进策略的差分进化算法（DEPES算法）．算法随着搜索过程的进行随机动态调整缩放因子和选取差分进化模式;在进行差分操作的并行运算过程中,利用当前代最优个体产生新的试验向量参与竞争选择过程．几个复杂函数的数值实验结果表明,DEPES算法寻优效率高、收敛速度快、对初值具有很强的鲁棒性、对维数具有较好的适应性,尤其是具有避免局部极小的能力,其优化性能优于标准DE算法．     

基于差分吸收光谱法的烷烃气体检测系统的研制

利用差分吸收光谱（DOAS）技术研制开发了一套烷烃类气体检测实验系统,在该实验系统上测量了CH4的吸收光谱以及吸收截面,并利用这些参数开展了CH4气体浓度反演算法的研究.实验结果表明：在常温常压下,CH4的检测结果与标准浓度之间的线性拟合系数R2为0.9998,误差小于3%,CH4的最低检测限为0.01%.这些工作为烷烃光谱录井仪的研发奠定了基础.     

傅里叶变换轮廓术中零频对三维面形测量精度的影响

傅里叶变换轮廓术是一种测量物体表面三维形貌的技术,它只需要一幅干涉图即可对整个范围进行分析,其测量系统简约,分辨率高,计算机处理数据快,计算精度高,且具有很强的非接触测量优势,从而得到广泛的应用.本文采用了双色正弦条纹投影技术来消除零频的影响,该方法同传统的π相移方法相比,不需要相移装置,测量系统简单,能真正实现高速测量.本文从理论和实验上阐述了零频对三维面形测量精度的影响.     

基于神经网络自动测量服装接缝皱褶学习方法

以服装表面皱褶客观评价的自动化为目标,针对服装表面皱褶客观评价中客观参数绝对值受影响而无法标定的难题,提出了一种基于神经网络的服装接缝皱褶在线检测及评价的方法。应用激光扫描的方法获得服装表面信号,提取了3个皱褶特征信号:皱褶幅值、皱褶的不等曲率以及皱褶的总频谱能量。依据这3个与主观等级线性较好的特征信号,应用神经网络,采用自动学习的方法,建立了主观等级与客观参数间的模型,从而使服装接缝皱褶等级的在线客观评价成为可能。