微装配中变焦变倍视觉系统标定及自动聚焦

在微装配中,采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾,但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此,对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面,首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法,采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定,再引入畸变模型,并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化,优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel,平均反投影误差约为0.1 pixel。此外,通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面,针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题,采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法,通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比,该算法的单峰性好,抗噪性强。

长工作距的3D变倍外视镜光学系统设计

针对现有显微外科手术中内窥镜工作距离短、不能实现光学变倍、无法获得立体图像的问题,提出了长工作距、可变档变倍的双光路3D外视镜光学系统设计方案,其中单条光路由前后两组变焦系统组成,前变焦组子系统采用光学补偿的三组元式结构,其作用是实现工作距离、物方视场可变的同时保持出射光线平行;后变焦组子系统采用机械补偿的四组元式结构,其作用是接收前组子系统的平行光并保持像面位置及像高不变,组合而成的整体光学系统共有三个运动组元,通过三组联动的形式可达到变倍效果,该方案类比于筒长无限的显微镜,中间光路平行使得安装方便且可灵活插入分光器件,并推导了前变焦组子系统焦距与物方工作距离的关系方程,依据选定像元数为1920×1200、像元尺寸为4.8μm×4.8μm的高清CMOS,优化设计了物方分辨率为6.8~31.8μm、物方视场范围为Φ15~Φ70 mm、工作距为180~380 mm、整体缩小倍率1/β可实现分别为1.36×、2.36×,3.36×、4.36×、5.36×以及6.36×的六个档位变化的3D外视镜光学系统。通过给定合理的公差范围,仿真结果表明,六档倍率情况下的光学系统调制函数在105 lp/mm空间频率处优于0.15概率达到90%以上,变倍凸轮曲线平滑无拐点,可满足显微外科手术要求。

基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统

搭建了一种基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统,设计了振镜、液体变焦透镜、相机的同步控制采集成像系统,通过调谐振镜和液体变焦透镜,使得光片激发样品和成像同步,获得样品不同切面的图像堆栈并实现样品的三维重建。当采用数值孔径为0.3、放大倍率为10的成像物镜时,该系统的轴向扫描范围为507μm,横向视场达到1970μm×1300μm,横向分辨率为1.32μm,轴向分辨率可达12.75μm。在轴向扫描过程中,系统的放大倍率保持恒定,可以用于对一定尺寸生物样品的成像实验和相关研究,并通过对斑马鱼胚胎进行成像验证所提系统对厚生物样品成像的可行性。

上海复兴埃科得超高倍显微系统

具有共轭变焦、高清晰度、高分辨率的性能，有效放大倍率达到25000倍，分辨率可达到0.22(m)。

变焦显微三维测量系统的研究进展

精密制造领域的发展对复杂微观结构的三维形貌测量提出了更高的要求。非接触测量方法虽然具有可观的纵向分辨率,但难以测量倾角较大的倾斜表面。近年来提出的基于超短景深成像的变焦测量方法对斜面表面的测量具有较好的效果,能够真正实现微观复杂结构表面的三维测量。总结了利用变焦法进行显微三维测量的原理,介绍了变焦显微三维测量系统理论与技术的最新进展,最后对变焦显微三维测量系统的未来发展方向进行了讨论和展望。

光学系统用铝合金材料的硬质氧化工艺

采用先硬质氧化再染黑色的方法对光学系统用铝合金材料进行了处理。检测了氧化膜层的厚度、显微硬度和反射率，分析了溶液成分、电流密度、温度和氧化时间对氧化膜反射率的影响。结果表明，采用含260～300g／L硫酸、10～15g／L草酸和10～20g／L多元醇的溶液在温度5～7℃、电流密度2～3A／dm^2的条件下氧化50min，可获得厚度15um、显微硬度450HV、反射率低于8．4％的硬质氧化膜层，该氧化膜适用于高精度军用光学变焦系统。