非球面透镜的磨制特约稿

非球面透镜一般是在光学照明系统中起与多片(球面)透镜之聚光镜相同的作用。由于非球面透镜具有下列伏点,近年已为各国光学工厂的仪器设计师们所广泛采用。1.不需多只镜头就能达到消差(球差)要求,因之简化了光学结构。2.机械结构亦随之简化,故仪器重量减轻     

太阳能高倍聚光的方案优化及装置构建

通过分析和对比由菲涅耳透镜、曲面透镜、抛物碟式反射镜组合的聚光方案,得到了太阳能聚光的优化方案.基于理论分析发现,光学系统的效率依赖于光学部件及其结构设计,两级反射式系统能够比两级透射式拥有更高的光学效率.但在接收尺寸相同范围内,两级反射式需要更高的追踪精度,然而提高追踪精度势必增加聚光系统的复杂性和经济性.据此分析,构建了一套由菲涅耳透镜组成的两级透射式高倍太阳能聚光装置,并做了初步的对比性测试.     

基于龙格库塔法解析双液体变焦透镜的初始特性

双液体变焦透镜受电润湿效应驱动,其焦距的变化完全取决于两种液体之间接触面的变化.通过Yang方程推导得到描述接触面的微分方程并以此分析双液体变焦透镜内导电液体、绝缘液体、容器内壁三者间的物理化学性质对初始接触面形貌及初始特性的影响.利用Matlab结合龙格库塔法以数值解描述双液体变焦透镜的接触面特性,并且结合具体试剂的物理性质在ZEMAX中模拟单透镜成像.最后在实验中对比验证得到,存在密度差的双液体变焦透镜接触面的面型为非球面,且经过接触面形貌调制的双液体变焦透镜拥有更好的边缘成像质量,使得双液体变焦透镜在小型化成像系统中有着巨大的应用前景.     

无球差的光学曲面

当今光学仪器中,大都使用球面透镜,而这种透镜易形成较大像差,非球面透镜能够克服球面透镜的缺点,具有很高的实用价值.本文给出几种无球差光学曲面和无球差透镜,利用这种透镜能提高光学仪器的成像质量、简化内部结构.     

光纤端面光学检测非球面物镜系统设计

针对传统的基于球面显微成像的光纤连接器端面检测系统结构和像差的问题,将制作工艺日趋成熟的非球面模压玻璃透镜引入到检测系统中。介绍了非球面透镜设计的基本原理和非球面光学玻璃透镜模压成型的基本工艺,分别设计了球面透镜和非球面模压透镜检测系统,给出了系统的结构参数,评价了系统的成像质量。在系统分辨率相同的情况下,得到了结构简单、共轭距更短,有利于工程应用的非球面检测系统。给出了检测系统的机械结构图,并将非球面系统应用到实际生产和在线检测中,达到了设计的要求。     

液-固两相系中超声层析成像实验研究

基于几何声学原理,应用半柱面晶片超声换能器发射扇形束超声波,设计了环形超声换能器阵列,搭建了多通道同步数据采集系统,形成了一套透射式超声层析成像测试装置.研究了二值逻辑反投影图像重建算法,此算法和测试装置构成了透射式超声层析成像系统,对聚四氟乙烯隔板和圆柱体进行实验.图像重建结果表明,该系统能够定位成像物体的位置,确定其大小和形状.将单个圆柱体二值反投影算法的重建图像与设定值比较,成像误差小于6%.     

照相镜头设计中非球面的应用

利用非球面在改善成像质量方面的优势,在镜头设计过程中引入了偶次非球面,根据理论计算和ZEMAX软件的优化,设计出一个成像质量优良的高斯镜头,通过该实例对球面设计和非球面设计进行了比较,论证了非球面在照相镜头设计中的优越性．     

微悬臂梁阵列成像系统光学特性分析

光学读出式红外成像系统是近年来提出的一种新型红外成像技术,该技术是基于探测双材料微悬臂梁吸收红外辐射后的变形量.这种红外光学成像系统由微悬臂梁阵列和光学读出设备组成,在本文中,将首先论述其系统结构和成像原理;在此基础上,通过分析单个微梁的衍射谱在透镜谱面上空域分布特点,提出了一种改进的谱平面刀口滤波方法,特别是讨论了成像系统将热变形角度转换成图像灰度的原理以及影响因素,并深入分析了成像系统的灵敏度.最后,给出了利用本系统获得37 ℃和300 ℃温度的红外发光物体成像结果.     

旋转椭球面折射成像的球差研究

研究单个折射面成像的球差是研究透镜及复杂光学仪器成像质量的基础.从折射定律出发,导出了旋转椭球面折射成像的精确球差公式,并由此比较了椭球面和球面及其透镜的成像质量.       

利用部分补偿透镜进行非球面面形测量

提出用部分补偿透镜进行非球面检验的方法.对部分补偿透镜的设计方法和要求进行了研究,针对3种不同参数的非球面设计了部分补偿透镜,结构比零补偿器更简单.分析了各种部分补偿透镜的非球面度补偿范围,证明用简单且易于制造的部分补偿透镜补偿不同相对孔径和非球面度的非球面.测量精度可达到λ/10.     

用于地面模拟平台测试光学相机的设计

航空相机检测设备在出厂前需要更高精度相机调试,设计了一种应用于航空相机检测设备-地面模拟平台调试的相机。该相机通过使用非球面镜提高相机的图像质量并减轻整体重量,要达到相同成像效果的球面镜组需要8片透镜,使用非球面镜减轻了相机的重量和体积,设计的光学系预期统焦距为80 mm,最终光学系统的MTF优于34%@91 lp/mm。投入加工并组装相机测试,测试结果表明,非球面镜片达到制造标准,相机的分辨率、成像清晰度和焦距均符合设计要求。     

Structured illumination microscopy for super-resolution and optical sectioning

Optical microscopy plays an essential role in biological studies due to its capability and compatibility of non-contact, minimally invasive observation and mea- surement of live specimens. However, the conventional optical microscopy only has a spatial resolution about 200 nm due to the Abbe diffraction limit, and also lacks the ability of three-dimensional imaging. Super-resolution far- field optical microscopy based on special illumination schemes has been dramatically developed over the last decade. Among them, only the structured illumination microscopy （SIM） is of wide-field geometry that enables it easily compatible with the conventional optical microscope. In this article, the principle of SIM was introduced in terms of point spread function （PSF） and optical transform function （OTF） of the optical system. The SIM for super-resolution （SIM-SR） proposed by Gustafsson et al. and the SIM for optical sectioning （SIM-OS） pro- posed by Neil et al. are the most popular ones in the research community of microscopy. They have the same optical configuration, but with different data post- processing algorithms. We mathematically described the basic theories for both of the SIMs, respectively, and pre- sented some numerical simulations to show the effects of super-resolution and optical sectioning. Various approaches to generation of structured illumination patterns were reviewed. As an example, a SIM system based on DMD- modulation and LED-illumination was demonstrated. A lateral resolution of 90 nm was achieved with gold nanoparticles. The optical sectioning capability of the microscope was demonstrated with Golgi-stained mouse brain neurons, and the sectioning strength of 930 nm was obtained.     

光照度对光纤环绕制图像清晰度影响分析

在视觉测量技术中光照度是照明系统中的一个重要参数,选取合适的光强对视觉测量系统至关重要。为了进一步确定光纤检测系统的最佳光强,将针对不同光强对图像质量及系统的检测精度产生影响展开研究。首先通过调制光源电源模块产生十种不同的光照度,然后利用五种清晰度函数分别评价各个光强下采集光纤环图像的清晰程度,并计算每幅图像中对应点的光纤直径测量误差以确定检测精度。实验结果显示:当光通量为200 lm时,图像的清晰度最佳,系统的检测精度最高。研究通过优化光照度有效地提高了系统的精度,同时为搭建视觉测量系统时选择合适的光照度提供了一定的参考价值。     

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.     

基于TracePro的发光二极管均匀照明光源设计

基于光学原理的三维无损测量在工业生产过程中被广泛应用,论文采用光学仿真模拟软件Tracepro进行照明光源的模拟仿真,在保证光照强度的同时,实现图像采集方案对光照均匀度的要求。通过分析光源的排列方式、层数,照射角度以及照射角度与实际被测场景的对应调整关系,确定各因素对光照均匀度的影响。通过仿真分析可得,在半径200mm的圆形设定视场内,当光源以四层正六边形排布,在与被测物垂直距离为500mm,照射角度为9°时,光照均匀度达到94.67%。根据仿真结果进行照明系统构建并进行实验,实验结果与仿真结果相符合。     

一种基于灰度映射与融合技术的微光图像增强模型

针对低照度图像对比度差、暗区视觉质量差的问题,本文提出了一种全新的低照度图像增强算法.该方法能够有效地避免传统增强方法容易导致图像色彩失真以及亮区过度增强的问题.首先,设计了一种针对像素含量极少的灰度区域进行压缩的线性映射函数,该函数能够在保持图像灰度分布特征基本不变的前提下提升图像的整体亮度.然后,利用图像的灰度分布特征来生成相应的增强映射函数.最后,通过图像融合技术来进一步提升图像的整体色彩表现.实验结果表明,本算法在色彩表现方面以及亮度提升方面均有较好的性能表现,并在视觉质量和定量测量方面优于目前最先进的方法.     

高精密光学元件磨床的加工与检测系统的开发

高精密平面磨床是加工光学非球面元件的一种重要途径.出于通用性和效率的考虑,开发一套面向光学非球面元件的高精密平面磨床的加工与检测系统,以此来实现光学非球面元件的精密加工.以自行开发研制的四轴数控高精密平面磨床为研究基础,采用模块化设计,选用Delphi 7为开发语言,运用Delphi 7和Matlab混合编程技术,搭建了加工与测量系统,实现了光学非球面元件的磨削加工、面形测量、磨削补偿以及环境检测等.实验结果表明,该系统可以满足光学元件的精密加工及检测,并具有较高的工作效率.     

基于光照分量提取的光照不均匀图像校正

针对光照不均匀的灰度图像,在频域采用多尺度高斯函数提取出光照分量,并对光照分量进行对数变换,再根据提取出的光照分量和变换后的光照分量对原始图像的灰度值进行幂次变换,从而实现光照不均匀灰度图像的校正。对于真彩色RGB图像,先将该图像从RGB空间转换到Lab空间,然后对L分量的灰度值进行幂次变换校正,最后将校正后的图像从Lab空间转换回RGB空间。Matlab仿真结果表明,频域提取光照分量比空域处理速度更快,幂次变换校正后的图像质量得到明显改善,与伽马函数校正相比,在客观评价标准和主观视觉效果两方面均能够取得更好的结果。     

铅浮选泡沫视频图像的物理校正及算法补偿

针对铅浮选视频采集图像光照不均、纹理丢失导致难以精确分割的问题,提出了一种用于优化视频图像的物理校正和算法补偿的方法。利用非成像光学理论构建均匀方形光斑自由曲面透镜,在此基础上,提出一种改进的方向波变换图像增强算法,再通过经典的谷底边缘检测算法对其进行分割。结果表明,该方法能有效提高浮选图像的信噪比和对比度,其分割精准度提高了25%。