超多视点显示中后向光线追踪的实时渲染方法

超多视点显示技术能够提供逼真的三维显示效果,但是大量视点图像的渲染合成过程使得三维显示的实时性受到极大的挑战。文章提出了一种超多视点显示中后向光线追踪的实时渲染方法,根据视点分配矩阵和子像素物理坐标,光线从视点位置出发逆向追踪到三维场景,并直接对视点合成图像进行子像素级别实时渲染。结果表明,在保证三维图像显示质量不变的情况下,随视点数目增加,渲染帧率始终保持在35FPS以上。该方法避免了渲染合成过程中的信息冗余,渲染速度相比传统的逐视点渲染方法提升了5个数量级。该方法为实现超多视点动态三维显示提供了新的途径。

光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量的研究进展

光声光谱技术作为实现痕量气体浓度高效率、高精度测量的重要气体传感技术,因其响应速度快、灵敏度高、选择性好等优点被广泛应用到大气环境检测、电力系统故障诊断、医疗健康诊断等领域当中。首先介绍了光声光谱技术痕量气体浓度测量的基本原理,对应用光声效应实现痕量气体浓度测量的机理进行了简要的描述,同时,介绍了基于光声光谱技术的典型痕量气体浓度测量装置的结构。其次,从光声信号强度的理论分析出发,引出国内外学者在光声光谱痕量气体浓度测量领域的研究热点,为了实现基于光声光谱技术的痕量气体浓度测量装置更强的抗干扰能力、更紧凑的结构、更低的检测下限、更高的检测灵敏度,国内外学者的研究重点可以总结为以下三点:(1)辐射光源的选取和设计,以实现更佳辐射光源的输出波长、更宽的调谐范围、更高的辐射光源输出功率。(2)更优秀的光声池设计,以实现更高效的声能量积聚、更紧凑的结构和更强的抗干扰能力。(3)声敏探测器的设计,以实现更高的声音灵敏度、更高的信噪比。详细介绍了基于光声光谱痕量气体浓度测量装置的三个核心元件:辐射光源,主要介绍了相干光源和非相干光源的应用研究进展;光声池,主要介绍了光声池的设计原则以及非共振式和共振式光声池的应用研究进展;微音器,主要介绍了电容式微音器、压电式微音器的应用研究进展,并对近期研究热点石英增强光声光谱技术进行简要的介绍。在介绍目前辐射光源、光声池、微音器应用研究进展的同时,分析了各元件的优势和需要解决的问题。最后,总结了光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量领域装置存在的信噪比不高、结构复杂、检测灵敏度和检测下限易受混合气体之间的交叉干扰等问题,并且对未来测量装置中的三个核心元件:辐射光源、光声池、微音器的发展趋势进行了展望。

三级反射式智能聚光塔仿真实验教学设计与改革

设计了一种新型塔式聚光器,分析了北斗定位追光算法对光能的利用率,运用模糊逻辑的PID控制算法,验证系统的鲁棒性,实现仿真实验教学研究与设计。对聚光镜场模型进行改进,得到三级反射光线分布规律。使用Tracepro软件进行光路仿真,根据计算和仿真得到的阈值,搭配两自由度舵机,建立三级反射式镜场。并通过引导学生改进实验算法和设计多级镜场来提高系统追光的准确性以及聚光的效率等。知识仿真实验设计涉及机械、光学、电路以及控制等学科知识,功能扩展性好,实用性高。知识探索光电控制系统设计的仿真实验教学改革路径。

基于HOE的全息显示双目视差构建方法

全息光学元件(Holographic Optical Element,HOE)是全息三维显示的重要器件之一。为了解决HOE用于双目全息显示时视差不匹配的问题,本文提出并实现了一种基于HOE的全息显示双目视差构建方法,同时对元件成像时的像差进行了分析校正。通过对HOE的制作原理和成像规律分析,结合光线跟踪技术渲染的虚拟模型和现实场景模型,设计了基于HOE的全息双目显示系统,提出了双目视差构建方法,即在获取人眼坐标位置时为观察者实时提供包含双目视差关系的视点图像。通过进一步分析全息显示系统内部的图像畸变产生原因及过程,提出了去畸变的优化处理算法。实验结果表明,提出的方法不仅能够实现HOE实时显示全息三维图像,而且解决了HOE在全息双目显示中视差不匹配以及成像畸变的问题。

交通事故中道路交通信号灯状态鉴定探讨

道路交通信号灯状态鉴定是交通事故痕迹物证鉴定中交通事故痕迹物证综合鉴定的一个事项。交通事故中在事故路口车与车、车与人发生的事故,不仅会涉及车的行驶速度,也涉及车、人通过事故路口基准位置时双方对应道路交通信号灯状态,是交通事故责任认定的重要依据。本文根据道路交通信号灯状态的4种不同鉴定条件,提出相应的鉴定方法,并结合鉴定案例对鉴定中一些鉴定内容和方法进行探究。

基于射线追踪法的矿井可见光通信信道特性分析

提出了一种新颖的基于射线追踪法的矿井可见光通信信道特性分析方法。首先,结合煤矿工作面可见光应用场景和煤矿工作面特点,基于射线追踪法建立可见光通信信道模型;其次,通过米尔散射理论对煤尘粒子对可见光的散射特征进行分析,计算得出消光系数、散射系数和吸收系数与煤尘粒子大小的关系;最后,针对不同煤尘粒子浓度的吸光度和粒子半径之间的关系进行仿真,分析煤尘粒子浓度对吸光度的影响。实验结果表明,矿井可见光通信信道特性受煤尘粒子半径和浓度影响较大,当煤尘粒子半径小于1μm时,对光的散射和吸收极为敏感,随着煤尘粒子半径的增大,消光系数趋于稳定。此外,相同煤尘粒子半径下,煤尘粒子浓度越高,吸光度越大,散射越明显。

基于序列影像的飞机姿态跟踪测量方法研究

探讨了一种基于序列影像的飞机姿态获取方法。基于这些影像和运动轨迹 ,从摄影测量和投影几何的角度出发 ,深入探讨了利用序列影像对空中飞行的目标进行姿态跟踪测量的方法 ,并提出了利用广义点反馈迭代的最小二乘方法 (parapointfeedbackiteration ,PFI)和模拟影像与真实影像匹配的目标姿态跟踪求解方案。

被动差分吸收光谱法测量气体浓度时Ring效应的影响及修正研究

基于散射光、利用痕量气体指纹吸收特性反演气体浓度的方法称为被动差分吸收光谱法(passive DOAS)。因其具体结构简单,易于平台搭载等优点近年来获得了长足发展。被动DOAS中利用太阳散射光作为光源解析大气污染气体柱浓度时,会受到太阳弗朗和费光谱的"填充线"即Ring效应的强烈影响,尤其是对浓度很低的痕量气体,致使不易获取其浓度、影响其测量精度。文章以反演大气中NO2气体为例,介绍了稳定天气条件下Ring效应造成的影响、分析了Ring效应影响与太阳天顶角的关系,提出了根据不同太阳天顶角选取不同Ring光谱参与拟合的修正方法,并且利用该处理方法反演了在3天稳定天气条件下不同仰角下的斜柱浓度。实验证明该修正方法的可行性。

三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。

光学系统杂散光分析

杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称,杂散光对光学系统性能的影响因系统不同而变化。因此,在现代光学设计中,杂散光分析成为光学设计工作中的一个重要环节。杂散光产生的原因比较复杂,讨论了漏光和透射面残余反射引起的杂散光,针对漏光杂散光给出了高密度取样的分析方法,对于残余反射的杂散光建立了带能量因子的光线光学模型和光线二叉树的数据结构,在保证计算精度的同时减少了计算时间。对一个卡塞格林光学系统进行了漏光杂散光分析和光学表面残余反射杂散光的近轴与实际光线分析,得到减少杂散光的措施,达到了杂散光分析的目的。

一种基于光线光学的杂光分析模型

光学系统的杂散光极易在系统内形成多个鬼像,这不仅严重影响光束质量和传输特性,并可能对系统光学元件造成永久性损伤。该文提出了一种基于光线追迹的分析光学系统杂光影响的有效方法,建立适合各类光学系统杂散光及鬼像分析的数理模型。编制了专门的杂散光分析软件,通过计算机光路模拟,对光学系统中的鬼光束进行全面、系统分析,可得出系统鬼像及关键元件处的能量密度,从而在光学系统设计阶段排除鬼像的潜在危害。

复杂光学系统鬼像分析的单向链表实现算法

光学系统的杂散光极易在系统内形成多个鬼像,严重影响光束质量和传输特性。主要研究了复杂光学系统中折射面的多次反射和衍射面的多级衍射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法,提出了一种采用单向链表数据结构进行鬼像分析的更加简洁、高效的实现算法。编制了专门的杂散光分析软件,实例计算表明,采用该软件可以快速地分析含衍射元件的复杂光学系统的杂散光,全面描述鬼像在像面的位置和能量分布,分析结果对在光学系统设计阶段排除鬼像的潜在危害具有重要参考价值。

GaN基倒装焊LED芯片的光提取效率模拟与分析

采用蒙特卡罗光线追踪方法,模拟GaN基倒装LED芯片的光提取效率,比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面粗化和双面粗化、有无缓冲层下LED光提取效率的变化,并对粗化微元结构和尺寸作了进一步选取与优化。研究结果表明:采用较厚的蓝宝石衬底和引入AlN缓冲层均有利于LED光提取效率的提高;蓝宝石衬底双面粗化对提高光提取效率的效果要明显好于单面粗化;表面粗化的结构和尺寸对光提取效率有较大影响,当微元特征尺寸与微元间距相当时,光提取效率较高。

不同因素对可调节人工晶体屈光调节力的影响

首先以Hw ey-Lan L iou眼模型为基础,根据等效性原则,保持该眼模型中自然晶状体屈光度不变,对无穷远点成像。然后利用ZEMAX实现光线追迹的方法,将自然晶状体替换为可调节人工晶状体(accomm odative intraocu lar lens,A IOL),结合对人眼成像质量影响的分析,研究了A IOL在眼内的移动度、材料、中心厚度、结构、光学面非球面性等因素对其屈光调节力的影响。结果表明:A IOL移动度对其调节力贡献最大,材料、中心厚度、结构对调节力基本无影响;具有非球面光学面的A IOL调节力相对较大。

汽车自由曲面前照灯反射器仿真设计及照明模拟

自由曲面前照灯是最具发展潜力的前照灯之一。自由曲面前照灯的反射器是无法用数学方程来描述的自由曲面,其设计一直是前照灯设计中的一个难点。研究用计算机仿真设计来进行自由曲面前照灯的设计。其主要内容包括光源建模、自由曲面反射器的设计和前照灯照明效果模拟三大部分。论文给出了设计实例结果。

自动快速燃烧-离子色谱联用技术测定轻质油中痕量氯

采用自动快速燃烧-离子色谱联用技术,以质量浓度0.5 mg/L轻质油含氯标准溶液为研究对象,确定了用于测定轻质油中痕量氯的最佳分析条件:燃烧管进(出)口温度为950(1000)℃,样品进样量为50μL,吸收液超纯水用量为10 mL。结果表明:当含氯质量浓度为0.1~1.0,1.0~10.0 mg/L时,所建立的标准曲线线性相关系数分别为0.9991,0.9997;在最佳分析条件下,连续测定92~#汽油、0~#柴油、轻质燃料油、苯和甲醇各5次,加标样品中含氯量测定结果的相对标准偏差为1.25%~3.95%,加标回收率为91.58%~95.42%,方法的重复性良好,分析结果准确可靠。

从单幅高动态范围图像恢复环境中物体的材质

提出一种从单幅高动态范围图像恢复一般环境中物体材质的方法,适用于单一材质物体,对物体形状和光照条件没有任何特殊要求.在一般光照环境中,获取被考察物体的一幅高动态范围图像以及用来近似物体光照的一个或几个高动态范围环境映照,然后用模拟退火算法求解逆向绘制问题.在求解过程中采用了基于图像的光照和光线跟踪技术,充分考虑了物体自身互反射的影响.最后得到了物体表面反射模型的最优参数.若与基于图像的建模技术相结合,可以根据真实物体的照片建立真实感模型.

制冷型红外光学系统温栏杂散辐射分析及消除方法

在致冷型红外光学系统中加入温栏会引入杂散辐射。杂散辐射包括温栏自身的辐射及对外部热光的反射。这两种辐射进入探测器后,会降低系统的信噪比和动态范围,影响成像质量。基于辐射及传热理论,提出温栏杂散辐射所引起噪声等效温差的计算模型,并研究了消除温栏杂散辐射的方法。用LIGHT TOOLS进行了光线追迹,对比分析了传统平面环状温栏和球面反射镜型温栏的杂散辐射,验证了理论推导的正确性和消除方法的可行性。结果表明,采用半径为30.3mm的高反射率球型温栏代替原设计中的粗糙平面型温栏,控制其曲率半径和位置,可使由温栏引入的杂散辐射降低99%以上。

圆钻琢型光学效果的仿真模拟研究——模型与原理

钻石切工与其光学效果的关系较复杂,深入研究需要借助计算机三维仿真系统。介绍了钻石三维仿真系统的基本原理与组成。其基本原理为光线跟踪。该系统由光源模型、钻石模型、观察模型及光线跟踪模块组成。定义了两个量化指标:亮度返回值与色光返回值,分别作为成品钻石产生好亮度与好火彩的能力指标。

炼油厂循环水中微量油的检测方法

为及时快速测定循环水中微量油,保障装置的安全生产以及长周期运行,该文提出用光散射的方法快速测定炼油厂循环水中微量油,考察散射光像素点在13~35区间内,散射光积分值与柴油水溶液浓度在0~30mg/L呈线性,相关系数r^2=0.995 4;同时考察方法的准确度、重复性和稳定性,在5~30 mg/L范围内,相对误差低于10%,相对标准偏差RSD≤3.5%。该方法简单、快速、分析结果准确可靠,已在实验室成功应用于延迟焦化等装置循环水中微量油的测定,为下一步在线监测打下基础。