用于标定CCD相机的高精度数控LED点光源
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第 31 卷第 19 期2023 年 10 月Vol.31 No.19Oct. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering爆炸激波管出口流场特征的纹影诊断与分析张军,黄含军,毛勇建*,黄海莹,郑星,杨茂(中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳 621999)摘要:冲击波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一,炸药驱动激波管是较真实复现高超压冲击波场景的可能方式,当前亟需关注冲击波与产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试问题,仅依靠传统电测原理的单一点源压力测量无法满足上述流场表征需要。
基于反射式纹影原理并利用激光光源和系列光学元件,搭建了一套激波管出口流场诊断系统,将流动现象的可视化观测结果与传统压力测量相结合,完善流场特征诊断与分析方法。
研究表明,该纹影系统能够清晰获得激波管出口的冲击波和产物运动流场图像,通过与压力测试与激波管点火时序的同步控制,可有效揭示压电式冲击波压力传感器数据振荡、压力突变、漂移等特征,以及爆炸后管道中应力波引起的管口及空气振动等现象。
基于图像分析可分析获得炸药爆炸激波管出口冲击波运动速度和压力的空间衰减特性,该结果为更好理解炸药驱动激波管冲击波压力的形成和演化规律研究提供了诊断途径和分析基础。
关键词:光学测量;激波管;爆炸流场;纹影法;冲击波中图分类号:O382 文献标识码:A doi:10.37188/OPE.20233119.2789Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow fieldfor blasting shock tubeZHANG Jun,HUANG Hanjun,MAO Yongjian*,HUANG Haiying,ZHENG Xing,YANG Mao (Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China)* Corresponding author, E-mail: maoyj@Abstract: Shock waves represent a primary form of damage from explosions, and explosive-driven shock tubes can simulate high overpressure shock wave scenarios. It is essential to determine test parameters, in⁃cluding the separation among the shock wave, explosion products, wave-front shape. Traditional pressure measurements, grounded in electrical principles, are insufficient for current flow field characterization re⁃search. Leveraging the reflection schlieren principle, a diagnostic system is developed for the shock tube nozzle´s flow field. This system utilizes a laser source and sequence of optical elements. By integrating vi⁃sual observations of flow phenomena with conventional pressure data, the method for analyzing flow field characteristics is enhanced. The findings indicate that the schlieren system captures high-resolution images of the shock wave and product flow field at the exit of the shock tube.Synchronized schlieren images,aligned with the pressure tests of the shock tube and ignition timings, offer insights into data oscillation,pressure anomalies, and the drift observed in piezoelectric pressure sensors. They also highlight the vibra⁃tion effects in the nozzle and surrounding air, resulting from stress waves post-explosion within the tube.文章编号1004-924X(2023)19-2789-10收稿日期:2023-02-18;修订日期:2023-03-13.基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.12072334,No.11602256)第 31 卷光学精密工程Through image analysis, the spatial decay patterns of the velocity and pressure of the shock wave at the ex⁃plosive outlet of the shock tube can be obtained. These results furnish a novel diagnostic technique and ana⁃lytical foundation, enhancing our comprehension of the formation and evolution of shock wave pressure in the explosive-driven shock tube.Key words: optical measurement; shock tube; explosion flow field; schlieren method; shock wave1 引言鉴于军事冲突中爆炸装置的大量使用以及爆炸灾害事故频发,爆炸冲击波造成的生命伤害和财产安全受到广泛关注。
与四轮定位相关的光学测量技术经历了PSD、CCD、CMOS等3个发展阶段。
目前最成熟可靠,且性能价格比最好的技术当属CMOS光学成像技术。
本文将对这些技术作详细介绍。
1. 关于PSDPSD(Position Sensitive Detectors),即位置敏感传感器。
特点:精度低、测量重复性差、电路复杂,测量时需另加AD转换电路,测量结果容易受AD转换电路噪声、外界温度及光线的影响。
PSD是一块半导体的感光板,上面有三根电极,一根连在它的背面,另外两根连在两头。
当一个点形状的光照在板上面,在板两头的电极上就会有电流流出。
此电流与光点照在板上的位置有关系,根据这两端流出电流进行比较可算出点形状的光照在板上的具体位置。
由于环境光的影响,如果有其他的背景光线和反射的、折射的光点也射入PSD的感光板上,那么输出的电流将是感光板收到的所有光的总和,可产生错误的输出电流。
理轮上在没有环境光的影响下,PSD可以达到一定的精确度,但在四轮定位应用中环境光的影响是无法避免的。
而CCD及CMOS是输出一串脉冲电压信号,可用一些特殊的数值信号处理技术将环境光过滤消除。
PSD是以连续电流的方式输出,无法有效分辩环境光的影响,因此测量精度、重复度不好。
点形光的照射位置以电流的方式输出的PSD,还需要AD转换。
此外,环境温度、电池电源变化都会引起AD转换率的变化,这样的变化也会降低系统测量的精度和测量效果。
因此,PSD产品的精度和稳定性较差,需要经常对设备进行校正。
在国际上,PSD是上世纪七、八十年代初期产品所采用的技术。
目前,国际、国内主流四轮定位仪厂家均已淘汰了该技术。
2. 关于CCDCCD(Charge Couples Devices),即充电耦合传感器,由美国贝尔研究室于1969年发明。
当初发明的目的是想作为内存记忆用,但意外发现此CCD有很好的光电成像效果。
特点:稳定度高、测量重复性好,但速度慢、功耗高、结构特殊、生产复杂、生产成本高。
序号问答&问:机器视觉光源是如何分类的?1 答:机器视觉光源按照形状可以分为以下几个类型1).条形(条状)光源;2).环形光源(圆形)光源;3).同轴光源;4).背光源(面光源)5).线型光源(线扫描光源);6).穹顶光源(碗状光源、DOME光源)7).点光源;8).平行光源9).冷光源(卤素灯)10).特殊光源(如:同轴碗状光源、半圆柱光源、条形组合光源、AOI专用光源等)机器视觉光源按照颜色可以分为以下几种白色、红色、蓝色、绿色、IR红外光源、UV紫外光源、点光源还有紫色、黄色等可选。
问:机器视觉光源的参数都有哪些?2 答: 1. 辐射效率和发光效率2. 光谱功率分布;3. 空间光强分布;4. 光源的色温 ;5. 光源的颜色;6. 光源的寿命 ;问:为什么在机器视觉检测中必须要用光源?3 答:机器视觉系统的核心是图像采集和处理。
所有信息均来源于图像之中,图像本身的质量对整个视觉系统极为关键。
而光源则是影响机器视觉系统图像水平的重要因素,疑问它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果通过适当的光源照明设计,使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离,可以大大降低图像处理算法分割、识别的难度,同时提高系统的定位、测量精度,使系统的可靠性和综合性能得到提高。
反之,如果光源设计不当,会导致在图像处理算法设计和成像系统设计中事倍功半。
因此,光源及光学系统设计的成败是决定系统成败的首要因素。
在机器视觉系统中,光源的作用至少有以下几种:1>. 照亮目标,提高目标亮度;2>. 形成最有利于图像处理的成像效果;3>. 克服环境光干扰,保证图像的稳定性;4>. 用作测量的工具或参照;由于没有通用的机器视觉照明设备,所以针对每个特定的应用实例,要设计形影的照明装置,以达到最佳效果。
机器视觉系统的光源的价值也正在于此问:如何判断一个光源的好坏?4 答:判断光源品质的优劣可以从以下几个方面来评比1. 对比度;对比度的意思是在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。
第36卷 第7期2021年7月 液晶与显示 Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol.36 No.7 Jul.2021 收稿日期:2020-11-19;修订日期:2021-03-09. *通信联系人,E-mail:jinyufeng@tcl.com文章编号:1007-2780(2021)07-0999-07应用于VA-LCD Mura补偿的图像预处理算法金羽锋1,2,肖裔新2,符采灵2(1.北京大学微电子学与固体电子学,广东深圳518055;2.TCL华星光电技术有限公司,广东深圳518132)摘要:为了消除VA-LCD的Mura缺陷,采用图像处理技术,需要通过相机对显示器数据进行采集,从而捕捉到显示器像素亮度,本文对相机数据的预处理算法进行了深入研究。
首先,通过对相机的固定模式噪声和时变噪声进行了降噪,通过标准光源对相机和镜头进行了平面场校正。
接着,以圆形点阵图案作为辅助标定图,采用双线性关系建立校正模型,初步获得像素亮度矩阵。
然后,根据VA-LCD的视角特性建立起不同灰阶下亮度-视角的特性曲线,采用4次多项式对大量数据进行拟合提升视角模型稳定性,从而消除了像素亮度矩阵的影响。
最后,结合补偿值计算及芯片实时补偿技术对算法进行了效果验证,从主观及客观两种指标进行了评定。
实验结果表明:采用此Mura消除技术后,显示器的JND指标从2.7降低至1.8,面内9点均一性从53.4%提升至82.9%。
本文的算法效果可以满足产品最高等规格的需求,在自适应校正上具有良好的鲁棒性,满足工厂的大批量生产。
关 键 词:计算机视觉;Mura补偿;畸变校正;视角校正;VA-LCD;曲线拟合中图分类号:TN27;TN702 文献标识码:A doi:10.37188/CJLCD.2020-0308Image preprocessing algorithm of VA-LCD Mura compensationJIN Yu-feng1,2*,XIAO Yi-xin2,FU Cai-ling2(1.Microelectronics and Solid State Electronics,Peking University,Shenzhen 518055,China;2.TCL China Star Optoelectronics Technology Co.,Ltd.,Shenzhen 518132,China)Abstract:In order to eliminate the Mura defect of VA-LCD,the image processing technology is adopt-ed to collect display data through camera,so as to capture display pixel brightness.In-depth researchis conducted on the algorithm of camera data correction.Firstly,the fixed mode noise and time-varying noise of the camera are reduced,and the plane field of the camera and lens is corrected by thestandard light source.Then,the circular dot matrix pattern is used as the auxiliary calibration dia-gram,and the correction model is established by using the two-line relation,and the pixel brightnessmatrix is obtained preliminarily.According to the visual angle characteristics of VA-LCD,the charac-teristic curve of luminance-visual angle under different grey levels is established,and a large numberof data are fitted with a fourth-order polynomial to improve the stability of the visual angle model.Fi-nally,the effectiveness of the algorithm is verified by combining the compensation value calculation. All Rights Reserved.and chip real-time compensation technology,and the evaluation is carried out from the subjective andobjective indicators.The experimental results show that the JND index of the display decreases from2.7to 1.8,and the in-plane 9-point uniformity increases from 53.4%to 82.9%after the application ofthis Mura elimination technique.The algorithm proposed can meet the requirements of the highestspecifications of products and has good robustness in adaptive correction to meet the requirements ofmass production in factories.Key words:computer vision;Mura compensation;distortion correction;visual angle correction;VA-LCD;curve fitting1 引 言 随着液晶显示器生产世代的提升,其产能有了相当大的提高,随之而来的是显示器尺寸越来越大。
CCD数码视频显微镜技术参数一、产品简介CCD数码视频显微镜 是隆基仪器运用高清LJ-HD01相机采用国际知名厂商的新一代COMS图像传感器结合成熟高清数字图像处理技术研发出来的新一代产品,具有极高的性价比。
相机直接输出标准HDMI 信号,用户可直接连接HDMI监视器、投影仪等设备进行实时的视频图像观看,无需电脑主机。
相机内置1600万像素彩色CMOS ,产品采用成熟高清数字图像处理芯片DSP,使图像更清晰、稳定,无闪烁,在近距离长时间观看眼晴也不容易疲劳。
菜单操作类似于普通的电视的操作,简单明了用户一看就明白,具有中英文菜单,适合国内外使用。
亮度,对比度,色饱和度,锐度,Cb(蓝色差)偏移量, Cr(红色差)偏移量可调,还具有十字光标叠加,垂直镜像,水平镜像,负片功能,适合更多的应用场合。
二、主要技术指标:1.測量精度2+L/150um2.重複精度小於0.002mm5.倍 率:影像放大倍率(20X-230X)6.表面光源:1、上LED可調光源;7.輪廓光源:底部LED可調光源8.軟體:專業測量軟體台湾VM2.2DL9.鏡 頭:ZOOM光學放大倍率(0.7-4.5X)10.攝像頭:高解析彩色CCD(进口日本480線 原装摄像机)11.報 表:1、產生EXCEL報表。
12、圖檔可存成DXF檔供CAD用。
13.操作方式:手動(可快速移動)17.機台重量:12KG应用:它操作方便、直观、检定效率高,适用于电子,五金,电脑等产品的检定,它将实物的图像放大后显示在计算机的屏幕上,可以直接显示器或电脑上观察实物图像。
详细参数:镜筒:45°倾斜,360°旋转三目观察头;瞳距调节范围54-75mm;两目镜筒视度均可调,调节范围为±5屈光度。
目镜:使用高眼点10X20mm、20X10mm广角目镜,为佩带眼镜的观察者提供方便物镜: 0.70X~4.5X 的连续变倍物镜,CTV1/2摄像头接口,确保像面齐焦性,变倍比6.5:1。
灰阶:可以认为是表征CCD能够辨别明暗的能力,比如12bit表示从最暗到最亮等分为212=4096个级别,16bit即分为216个级别,灰阶值越高能分出的细微差别越大。
值得一提的是,目前来说,科研级CCD多为16bit。
灵敏度:表征探测器对辐射的灵敏程度。
定义为输出信号和输入信号之比,数值越大越灵敏。
量子效率(QE):探测器所能记录的光子数除以同样条件下一个理想探测器所能计录的光子数,以百分数计算。
简单就是说,来的光是10,ccd输出的是8,那么QE就是80%。
信噪比:因为暗电流是导致CCD噪音的重要因素,我们主要介绍暗电流的情况。
暗电流指在没有曝光的情况下,在一定的时间内,CCD传感器中像素产生的电荷。
如果曝光的时候比较长,就会导致CCD产生较多的暗电流,对图像的质量影响非常大。
有的CCD是在图像最终生成后,通过软件去背景来扣除暗电流,对于信号远远强于背景的有一定效果,但是对于弱信号处理过程中会产生越来越多的错误。
减小暗流的主要途径是降低CCD的工作温度,通常每降低5"C~7℃暗流减少一半。
在很低的温度下,暗流很小,很多时候可以忽略不计,在这种情况下冷CCD应运而生,比如AxioCam系产品,几乎全部消除了暗电流对成像质量的影响,从而获得清晰的图像。
满阱电荷满阱电荷,反映了ccd容纳电荷的能力,不是有人说像素的大小好比下雨时接水用盆的大小么?那么满井电荷就是盆的容积。
满井电荷越多,信噪比越高,画质也越好。
一般满井电荷大概10万。
AD转换有了电荷,当然还有转为信号,原来十几万个电子,转成信号也就是从0到65536,这个过程也产生噪声。
CCD的线性线性好,ccd就好,现在科研级ccd的线性区域可以达到满井电荷的80%也就是说,在0到65536这个范围中,从1000到50000都可认为是线性的。
试验科学家们高兴啊,正是因为ccd线性好,数据才能很好地定标ccd的噪声读出噪声所谓读出噪声,这个比较神奇,核心意思是,噪声和ccd读出速度有关,也和增益(dc中的iso)有关先说读出速度,读出越快,噪声越大。
CCD型光学多通道分析仪波长的标定CCD型光学多通道分析仪是一种常用的光学仪器,用于分析和测量材料的光谱特性。
波长标定是保证分析仪器准确性和可靠性的重要步骤之一、在进行波长标定之前,需要了解CCD型光学多通道分析仪的工作原理以及标定的原理和步骤。
CCD型光学多通道分析仪使用线阵CCD(Charge-Coupled Device)传感器探测光信号,该传感器是由许多光敏元件(光电二极管)组成的一维或二维阵列。
当光信号入射到传感器上时,光电二极管会产生电流,并将电流转换为电压信号。
然后,通过电流转换器将电压信号转换为数字信号,并通过数字信号进行数据处理和分析。
波长标定的原理:波长标定是通过将标准样品的光谱特性与预先设定的波长进行比较,来确定CCD型光学多通道分析仪的波长刻度。
标定过程中使用的标准样品是具有已知波长的材料,通常是由国家标准机构或认证机构提供的。
波长标定的步骤:1.准备标准样品:首先,需要准备一系列具有已知波长的标准样品。
这些样品的波长可以在国家标准机构或认证机构的标准文献中获得。
2.设置光学多通道分析仪:将标准样品放入光学多通道分析仪中,并根据实际仪器的使用说明进行设置。
确保光源、光路和检测器等组件处于正确的工作状态。
3.进行波长初始设置:在进行波长标定之前,需要进行波长初始设置。
可以通过将仪器与一个已知波长的初始样品进行比较,来确定仪器波长的起点。
4.开始波长标定:选择一个标准样品,将其放入仪器,开始进行波长标定。
在波长标定过程中,需要将样品暴露在CCD传感器的光束中,并记录样品的光谱特性。
5.分析数据:标定结束后,需要对数据进行分析和处理。
可以使用专业的光谱分析软件或数据处理软件,对记录的光谱数据进行提取和分析。
6.生成波长刻度:根据标定数据,生成仪器的波长刻度。
波长刻度是一个标定曲线,它显示了样品的光谱特性与波长之间的关系。
可以使用线性拟合或非线性拟合等方法,得到波长刻度方程。
7.验证波长刻度:波长标定完成后,需要验证生成的波长刻度的准确性和可靠性。