广域空间感知敏感器光学系统设计

根据空间感知任务的特殊应用需求,开展了光电系统技术指标论证,完成了光学系统设计和性能测试。光学系统全视场设计值为60°,F数为3.0,主光线在像面的入射角为8°。光学系统采用低灵敏公差优化设计方案,并在公差分析时提出以离焦方式补偿点目标与面目标的MTF,使之在50 lp/mm处不小于0.4。采用传函仪对装配后的镜头进行指标检测:13.5μm弥散斑直径内星点能量集中度达到90%以上;点目标MTF在50 lp/mm处不小于0.55,15 m处的面目标在同样的分辨率处MTF不小于0.48;视场边缘相对中心的照度达到72%;全视场的畸变小于-0.58%;倍率色差绝对值为1.53μm。外场观星测试表明,光机系统测试灵敏度为6.4 Mv,单独头部测角精度均值为0.7″,3σ置信区间为2″~3″。

基于神经网络的仿生避难椅创新设计

近年来,地震发生的强度和频率不断增加,基于仿生设计和神经网络在地震情境下设计了一款避难椅,通过拟合优度检验和系统聚类方法分析调研结果得到6大类18小类功能需求,并依据共性需求确定仿生对象。利用Gabor滤波提取其纹理特征并抽象为本体象元空间,利用神经网络和象元理论建立与用户偏好之间的映射关系模型,得到MSE值为0.09212和0.00744,说明模型性能良好。利用形状文法规则进行设计创新,得到三款方案,通过验证对比映射关系模型中与之相似且排名前三的本体象元满意度,均方误差MSE值为0.00324,证明该方法能够为相关产品设计提供参考。

DLP大灯设计与应用研究

车灯是汽车核心零部件,集驾驶安全、场景应用、信息交互功能于一身,正朝智能化和功能化方向发展。数字投影技术的应用为汽车大灯带来革命级别的技术创新,诞生更加智能和更多功能的数字投影大灯。由于数字投影大灯具有亮度高、分辨率高、应用场景多及安全性强等诸多优势,正成为汽车大灯的未来趋势。基于很高的基础研究价值和应用前景,该文系统地研究基于数字微镜的数字投影大灯的设计原理以及应用场景。

New Active Digital Pixel Circuit for CMOS Image Sensor

A new active digital pixel circuit for CMOS image sensor is designed consisting of four components: a photo-transducer, a preamplifier, a sample & hold (S & H) circuit and an A/D converter with an inverter. It is optimized by simulation and adjustment based on 2 μm standard CMOS process. Each circuit of the components is designed with specific parameters. The simulation results of the whole pixel circuits show that the circuit has such advantages as low distortion, low power consumption, and improvement of the output performances by using an inverter.

基于神经网络和象元理论的轮毂形态设计研究

目的为实现在满足用户偏好前提下的产品形态创新设计,以保证新形态的市场接受度和降低产品开发风险,从而探索一种神经网络算法和象元理论相结合的轮毂形态设计方法。方法首先运用KJ法建立目标轮毂样本库,并采用李克特量表和三角模糊法,对样本的用户模糊偏好值进行量化,其次引入象元理论中的本体象元对轮毂形态特征因子进行提取和归类,构建轮毂形态本体象元空间,并进行轮毂本体象元组合编码处理;再次通过BP神经网络算法探析轮毂形态本体象元组合编码和用户模糊偏好值之间的映射关系,用于预测和输出用户模糊偏好值最佳的本体象元组合方案;最后对最佳本体象元组合方案进行拓展,构建喻体象元空间,并运用形状文法规则对最佳本体象元组合方案进行形态创新设计。结论BP神经模型测试结果显示MSE为0.0055,表明模型精度良好,且最终4个设计方案的实际评价值和预测值的MSE为0.0053,验证了该设计方法的有效性,能够为相关设计人员提供了一定的理论参考。

一种中值滤波快速系统的FPGA实现

针对传统焊缝图像滤波实时性差、处理速度慢的问题,提出了一种中值滤波快速系统的FPGA实现方案。首先,在Quartus II软件开发平台中进行系统总体设计,完成了上位机交互模块、地址发生器模块、数据流控制模块和流水卷积中值滤波算法模块的模块化设计,并在数据流控制模块的时序作用下,实现像素分块读取功能及数据的流水线处理功能,进而构建快速滤波卷积核,执行流水中值滤波算法;其次,在Modelsim仿真平台下验证该系统的功能;最后,在MATLAB环境下将本文设计方案与传统的2种中值滤波方案处理的结果进行对比。实验结果表明:以分辨率为600×400的焊缝图像为例,本方案能在保证峰值信噪比的情况下,极大提高处理速度和数据吞吐量,满足图像实时处理的要求。

像素风格元素在食品包装设计中的应用研究

本文对像素风格特点进行分析,以像素风格元素在食品包装中的应用进行分类研究,从而得出像素风格绝不只是一种转瞬即逝的复古风潮,形式也从来不是创作的桎梏,技术的发展并没有使像素风格落寞,反而为它的发展带来更多可能性。如今像素风格承载各种现代文化,展现其包容性,简单像素方格也能体现出完美的创意,帮助食品包装艺术设计在数字化时代不断寻求新的设计样式,展现真正蕴含意义的食品包装设计。

500万像素手机镜头设计

利用ZEMAX光学工程设计软件,设计了一款500万像素的手机镜头。该镜头由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成,其光圈值F为2.85,视场2ω为60°,采用Aptina公司的一款500万像素7.94mm(1/3.2)英寸CMOS作为该镜头的图像传感器,该图像传感器的像素颗粒大小为1.75μm,截止频率为285lp/mm,即为奈奎斯特频率。设计结果显示,该镜头在奈奎斯特频率处,0.7视场以内的MTF值大于0.3,在奈奎斯特频率1/2处视场的MTF值均大于0.5,波前均方差(RMS wavefront error)小于0.1,畸变小于1%。

500万像素手机摄像头优化设计

由于手机市场对高像素手机的轻薄化需求,利用ZEMAX光学设计软件优化设计了一款轻薄尺寸500万像素手机摄像头。该镜头采用4个塑料非球面镜片,镜头光圈值F为2.5,焦距为4.1mm,采用APTINA公司的AR0542型号截止频率为358lp/mm的CMOS作为图像传感器。设计结果显示,该摄像头光学总长度为5.1mm,各视场像差均小于5μm,在奈奎斯特频率1/2处,大多数视场的MTF值均大于0.5,场曲小于20μm,畸变小于2%,相对照度大于70%,可以获得优质的成像效果。

CCD测温中火焰温度与颜色的关系

介绍了彩色CCD与比色测温法的测温原理,在此基础上,制定了测温系统的实验方案——利用CCD高速摄像机、K型热电偶、本生灯对扩散火焰的表面温度分布进行了实验研究。实验结果表明,当火焰温度上升时,火焰红色分量和绿色分量的灰度值都有所上升,而火焰红色分量灰度值的上升趋势明显大于绿色灰度值的上升趋势。同时,在测温公式中给出的修正值K却呈下降趋势。在分析了这些趋势后,用比色测温法对火焰温度场进行了测量,并与热电偶测量出的数值进行了对比。结果表明两者测量出的温度差少于20 K。

LED显示屏高光效高画面填充比光学设计与研究

针对传统LED显示屏光能利用率和图像画面填充比低的缺点,基于非成像光学理论,提出了一种提高光能利用率和画面填充比的全彩LED显示模块结构系统和设计方法。利用复合抛物面集光器CPC对LED管芯发出光线的发散角进行变换压缩,从而避免了外表面全反射损耗,大幅度提高了系统的光能利用率。利用积分方腔匀光原理和散射元件对光能的二次分配,提高了显示屏的画面填充比、单位像素均匀度及基色复用面积。作为实例,根据上述方法设计了一个P10 mm全彩LED显示模块,利用光学设计软件LIGHTTOOLS对该显示模块系统进行了仿真建模和光线追迹,并对设计结果进行了分析。结果表明,系统光能利用率大于70%,画面填充比接近100%,单位像素区域内均匀度好于85%。显示模块具有能量利用率高、高画面填充比、显示效果均匀柔和、易于生产和装调的优点。

6mm～60mm百万像素变焦安防镜头设计

设计一种可用于监控系统的大口径百万像素变焦距光学成像镜头,采用0.85cm(1/3英寸)CCD接收,像元大小为3.75μm。镜头在短焦、中焦、长焦的位置时F数分别为1.6、2.1和2.4。变焦系统采用四组元组合形式,与传统的变焦系统相比,该系统采用第4组元作为补偿组。通过高斯法分析与求解得到初始结构,使用Zemax软件对其优化,系统均采用球面透镜进行设计。镜头轴上视场在133lp/mm处大于0.3,轴外0.7视场在133lp/mm处大于0.2,系统的最小后截距大于9mm,满足装配要求。最后采用多点拟合绘制出此系统的变焦凸轮曲线。

800万像素手机镜头的设计

随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大,利用Zemax光学设计软件设计一款大相对孔径800万像素的广角镜头。该镜头由1片非球面玻璃镜片,3片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃构成。镜头光圈值F为2.45,视场角2ω为68°,焦距为4.25 mm,后工作距离为0.5 mm。采用APTINA公司的MT9E013型号800万像素传感器,最大分辨率为3 264×2 448,最小像素为1.4μm。设计结果显示:各视场的均方根差(RMS)半径小于1.4μm,在奈奎斯特频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2%,TV畸变小于0.3%。

AM-OLED像素驱动电路的研究

分析和比较了目前典型的几种AM-OLED单元像素驱动电路,论述了二管驱动OLED电路的设计,最后采用EDA电路通用分析软件AIM-SPICE对所设计的电路进行了验证和优化,为AM-OLED单元像素驱动电路的设计、参数选择和性能分析提供了依据。

图像处理中曲线矢量化的最优化算法

二值图像由于像素取值简单、便于操作,因而在Matlab中,可以很容易地从图像中识别出对象.在影像反求设计中,将图像滤波、增强、去噪后二值化,提取出图像的轮廓,将最优化算法用于对所得到的像素点进行拟合,设计矢量化的目标函数,求出最优化解,即图像的最优矢量化.根据矢量化提取的图像三维信息,可以进行三维设计与重建.

一款超薄800万像素手机镜头的设计

为了满足市场对超薄手机镜头的要求,运用光学软件CODEV,结合非球面理论,设计一款新的超薄800万像素手机镜头。该镜头由4片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃组成,其中第1片透镜是正透镜,第2片镜片是负透镜,第3片镜片是正透镜,第4片镜片是负透镜,且光阑位于第1片透镜的前面。镜头光圈值F为2.4,视场角2ω为65.5°,焦距为3.731 5mm,后焦距0.31mm,镜头总长度为4.6mm,在最高频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2%。

一种分像素运动补偿插值滤波方法及高效VLSI实现

现代视频编码标准普遍采用变换与运动补偿预测混合型编码架构,该架构对运动补偿预测后的残差图像和运动矢量等信息进行变换编码,运动补偿预测的准确度对编码性能有显著影响.由于实际对象的运动精度是任意小的,允许运动矢量具有“分像素”精度,可以有效地提高运动补偿预测准确度,为了得到“分像素”位置的像素值,需要参考其周围相邻的像素值进行插值滤波.文中提出了一种低空间复杂度1/4像素插值方法两步四抽头插值法(Two Steps Four Taps Interpolation,TSFT),该方法与目前国际上最先进的视频编码标准H.264/AVC相比,可以降低11%的空间复杂度,计算复杂度和编码效率相当,已经被国内制定的编码标准AVS1.0采纳.另外,分像素插值是解码端主要的访存和计算瓶颈,文中给出了一个基于多级流水线结构的VLSI实现结构,可以降低访存带宽,同时提高插值器的运算速度,满足高清视频实时解码的需要.

超短焦全景鱼眼镜头的研究与设计

着重分析了超短焦鱼眼镜头焦距与分辨率的关系,表明了像面尺寸一定的前提下焦距越短,全景展开的环景边缘分辨率越高。基于以上理念,依据超短焦全景镜头设计思路,设计了一款焦距像高比≤0.35,水平视场角=360°,垂直视场角≥180°的全景鱼眼镜头。设计结果表明：在空间频率为200lp/mm处的MTF值大于0.4,接近衍射极限;在垂直半视场角45°~90°的环景边缘区域拥有大于75%的像素空间,使得环景展开后仍然具有较高的分辨率,从而代替多台不同方位的高解摄像机,实现高清全景监控。

基于电路逻辑设计的图像处理

基于电路逻辑设计的算法硬件加速技术使系统能够有效提高实时处理能力、集成度和可靠性。直方图统计和像素邻域提取是图像处理中的两个基本操作,提出了基于电路逻辑设计解决这两个基本问题的方法,给出了硬件结构图和主要时序图,在所承担的工程化项目中进行了实际应用,取得了较好的效果。

浮动阈值算法在小目标图像提取中的应用

针对相对复杂图像目标对象的提取问题,介绍了像素图像处理常用算法(背景差法、光流法、帧间差分法)的优点和缺点及适用范围。提出浮动阈值在小目标图像提取的方法及算法流程设计的详细组成。实验表明,这种方法能快速准确提取目标,还原模糊分类后的图像目标,并使背景部分替换成其他颜色,从而实现目标的提取。