一种新型光学快速自动聚焦系统

为满足基于机器视觉的工业检测系统中对自动对焦快速性的要求,提出了一种基于激光技术的新型嵌入式高速对焦系统。该方法利用在同一光路中激光与可见光互不影响的特性和DSP高速图像处理的能力,通过检测特殊设计光学回路反射回来的激光光斑信息,主动控制运动执行机构实现工业检测系统显微镜的快速和稳定对焦。该对焦方法改善了TFT-LCD光学检测系统中基于被动的图像处理和基于主动测距等传统对焦方式精度低和速度慢等缺陷。测试结果表明,该新型对焦系统极大的缩短了对焦的时间,并且提高了对焦系统的控制精度,满足了工业光学检测系统中实际应用的要求。

严重离焦状态下的自动聚焦实现

自动聚焦是成像自动化的重要组成部分之一。为了提高聚焦精度、减少聚焦时间,提出了一种图像模糊度和清晰度相结合的自动聚焦算法。在严重离焦的状态下,首先计算图像的模糊度来确定聚焦电机的正确搜索方向,再由图像的清晰度结合优化爬山算法,确定准确的对焦位置。结果表明,这种方法能很好地减少聚焦时间,聚焦准确度高。

面向自动对焦的图像预处理技术

从噪声、亮度一致性及视场变化等角度分析了在对焦系统中进行图像预处理的必要性。提出维纳滤波与亮度归一化相结合的图像预处理技术,去除固定模式噪声和亮度变化的影响。实验表明,经过预处理后明显改善了对焦评价函数曲线的形状:曲线更加平滑,局部峰值得以去除,同时曲线灵敏度提高78%。所提出的预处理技术使对焦搜索避免陷入局部极值,在提高对焦速度与对焦精度两方面均有应用价值。

双工件台光刻机中的调平调焦技术

随着光刻机分辨力的提高,其焦深日益缩小。针对如何充分利用有限的焦深完成Si片的高效曝光,对步进扫描光刻机和双工件台光刻机的调平调焦原理进行了介绍,主要包括基于双光栅的检焦测量原理及检焦扫描路径规划,把Si片表面高度信息转化为离焦量和倾斜量等调平数据的算法,以及曝光位置实现调平调焦的伺服控制系统等,并从理论上对两系统的优缺点进行了对比。最后利用一组调平实验结果说明了双工件台系统调平调焦技术的优越性,指明了调平调焦技术的发展方向。

一种基于小波变换的数字图像自动聚焦算法

由傅立叶光学理论可知 ,图像高频能量值可以反映聚焦程度 .在传统图像灰度方差评价函数的基础上 ,利用小波多分辨率分析 ,提出了一种新的自动聚焦算法 .清晰度评价函数通过舍去图像低频概貌信号 ,突出了高频能量 ,具有更好的尖锐性 .并分析了分解层数对评价函数性能的影响 .通过改进的变步长爬山算法实验表明 ,该算法与传统灰度方差算法相比具有更好的聚焦精确度 .

细胞显微操作的自动调焦及图像处理

随着现代生物医学技术研究的不断深入,研制高精度、高效率的细胞操作机器人已成为国际学术界和工业界的焦点。本文以优化显微操作机器人的操纵空间和操作流程为目的,应用自调焦图像算法评价、机械手运动控制和主从机通信等技术实现了基于自动调焦定位的细胞操作方案。首先,以斑马鱼卵细胞为例,结合一类球形卵细胞的对称性及细胞定位操纵中定位特点,对不同聚焦函数进行评价及图像处理算法优化,提出适宜细胞操纵的自动调焦定位方法。其次,以精确度和快速性为依据,对不同图像分割与识别算法进行评价,提出最适宜细胞和注射针的自动化识别及定位算法。最后,通过RS-232串口通讯,实现了上位机对机械手自动化操纵控制。试验结果表明,提出的自调焦定位操纵策略运行稳定、精度高,满足细胞显微操作机器人的高精度及自动化操作的要求。

临界角法激光直写聚焦伺服系统静态特性研究

为同时提高金属网栅屏蔽效率及红外透过率,要求激光直写线条细且均匀。而工件面型误差、光刻胶涂布不均匀性、机械轴系误差等会造成写入焦斑离焦,影响线条线宽及均匀性。需引入聚焦伺服系统来实时探测并补偿离焦,确保写入光束实时聚焦在光刻胶面上。给出了临界角法调焦的原理,搭建了由探焦光路、离焦信号前放、压电陶瓷微位移执行机构组成的聚焦伺服系统,进行了离焦误差静态特性实验研究。实验结果表明:系统的静态分辨力为±40 nm,线性范围为±5μm,均满足设计要求。

光针式表面测量系统的研究

提出了基于垂直扫描伺服工作台的光针式表面测量方法。阐述了光学探针法的工作原理,光针式表面测量系统中垂直扫描伺服工作台的结构特征、工作原理、信号采集与处理过程,以及该系统的相关技术指标。

自聚焦伺服的激光测微技术

以激光ＣＤ 光学头为基础，提出新颖的自聚焦伺服测微工作原理，并以此原理试制测微仪。利用半导体激光器作光源，ＣＤ 光学头作高精度位移检测传感器，并利用高分辨率、高动态响应的压电晶体作微位移驱动源，建立实时闭环反馈的自聚焦伺服系统，由单片机进行控制，实现自动跟踪测量。系统首先在±５００μｍ 范围内进行寻焦搜索，实现光学头聚焦于被测表面，随后立即进入闭环聚焦伺服状态，对微位移进行检测。可获得±０．１μｍ 以上的测量精度，测量范围±１０μｍ ，测量形式为非接触测量。同时，该测微仪还有成本低、体积小、使用方便等优点，是一种值得推广的新方法。

自聚焦伺服型激光测微仪的控制系统研究与开发

介绍了自聚焦伺服型激光测微仪的控制系统的硬件电路接口及监控软件的设计与实现技术。通过实验验证了控制系统的软、硬件设计符合测微仪的测量要求。

数字伺服聚焦非接触位移传感器的研究

本文介绍了一种以整体线切割设计的音圈电机为驱动的聚焦式位移传感器,它具有良好的静动态特性。通过音圈电机以两次精确找焦的方法来确定焦点的位置,同时配合数字伺服控制方法并对于不同的材料表面及在有一定角度的表面检测失焦时进行特殊处理,能使得该传感器能够精确快速找到焦点。

双抛物面均匀反射聚焦式光伏发电供热装置

为进一步提高光伏发电系统的整机效率,研制了一套基于双抛物面均匀反射聚焦方式的新型光伏发电供热装置.分析了装置的整体构件组成、双抛物面聚光原理及其结构参数关系,并给出两轴伺服跟踪实现原理框图.基于滤红外线和水冷法相结合的光伏电板冷却技术,及两轴伺服结构和混合追日跟踪策略等技术原理进行设计.通过对原理实物样机的现场实测,验证了装置设计的正确有效性.

军用相变型光学头伺服方法的研究

对军用相变型光学头中所采用的聚焦和轨道伺服方法（即临界角法聚焦伺服和推挽法轨道伺服）进行了理论分析，建立了伺服信号的数学模型，并对伺服范围进行了讨论。根据军用要求，提出了改善伺服信号质量、拓宽伺服范围的方法。

基于LabView的调焦伺服控制系统

为了提高在激光直写设备中光刻系统的写入精度,对光探头调焦系统进行了研究。提出一种应用LabView实现伺服调焦系统的方法。其中,详细介绍了光学临界角法检焦的实现原理,分析了在检焦过程中出现的探测器暗电流过大,杂散光干扰以及对称性差等问题。最后阐述了如何利用强大的图形化编程工具LabView实现数据的分析、计算及驱动PZT(压电陶瓷)的过程。整个系统经实地验证,取得了良好的效果,精度可达到0.2μm。