《基於液體透鏡和計算成像的高精度景深擴展技術研究》是依託北京航空航天大學，由屈玉福擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於液體透鏡和計算成像的高精度景深擴展技術研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：屈玉福
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高精度視覺檢測技術是現代精密加工質量檢測的關鍵技術，但由於高精度視覺檢測技術在高放大倍率時景深很小，嚴重限制了其發展和套用。景深擴展技術可以使視覺檢測系統在更大的深度範圍內獲得清晰的圖像，但目前的景深擴展技術只考慮了景深擴展後所成圖像的質量，沒有考慮放大率的變化，而放大率變化直接影響視覺檢測系統的精度。本項目針對以上問題，擬開展以下研究：① 基於計算成像技術理論，使用液體變焦透鏡和體積空間採樣方法，研究放大率恆定的景深擴展技術；② 採用4D光場成像方法分析所設計景深擴展技術的點擴散函式和光學傳遞函式，最佳化系統光路、液體鏡頭焦距變化以及探測器積分時間等參數；③ 採用4D光場及其傅立葉變換，綜合考慮空間解析度、通光量和放大率變化，分析評估所設計景深擴展技術的性能。本項目研究能使高精度視覺檢測系統在高放大倍數時有放大率恆定的大景深，解決高精度視覺檢測技術發展難題，推動視覺檢測技術進一步廣泛套用。
結題摘要
本項目開展了基於液體透鏡和計算成像的高精度景深擴展技術研究的研究，並取得了如下研究成果：1、本項目基於計算成像技術理論，利用液體變焦透鏡新技術和體積空間採樣方法設計了一种放大率恆定的景深擴展技術。相比目前國內外發表的文獻報導，本項目景深擴展後的圖像不僅具有解析度高，對比度高、信噪比高等特徵，本項目所研究的景深擴展技術還具有在擴展的景深範圍內物體的放大率基本恆定的重要特徵。2、本項目通過建立光路模型，對光路模型進行推導，得到了放置液體透鏡在傳統光學顯微鏡顯微鏡中的兩個最佳位置：一個位置是探測器的表面；另外一個位置是顯微物鏡的像方焦平面處，當液體透鏡放置到這兩個位置時，液體透鏡變焦不影響顯微鏡的總體橫向放大率，仍可以得到對共軛物面恆定的放大率。3、本項目利用液體透鏡的可變焦能力，並採用空間體積採樣方法，根據對嵌入液體透鏡的傳統光學顯微鏡的光路分析，設定液體透鏡電壓變化範圍為47.6 V ~49.2V，探測器的積分時間為200ms，在探測器的一次成像積分期間200ms內，控制液體變焦透鏡的焦距線性變化，獲得景深擴展的中間模糊圖像。4、本項目通過對景深擴展中間模糊圖像的分析研究，認為基於體積掃描方法獲取的圖像上的每一點是調製了被觀察物體各個深度上的信息，可以看做某一深度點光源在曝光時間內經歷了一個從離焦到聚焦再到離焦的過程所成的圖像，由此建立了中間模糊圖像退化模型。並研究了點擴散函式的獲取方法，分析比較了維納濾波、約束最小二乘方濾波和Lucy-Richardson方法對景深擴展中間模糊圖像的復原效果，得出約束最小二乘方濾波方法對景深擴展中間模糊圖像有較好的復原效果的結論。5、本項目充分利用液體的調焦和變焦能力，實現了傳統光學顯微鏡工作焦點的靈活控制，在本項目研究的原理系統中，顯微鏡的可在距離4.5mm~12.5mm的任何一點觀察和檢測物體，並且在任意一處工作距離均可將景深擴展到400μm，也可以利用液體透鏡的調焦能力和聚焦深度法實現物體更大範圍的三維成像。6、本項目搭建了高精度視覺檢測系統的景深擴展實驗室原理系統，通過實驗的方法測試顯微成像系統的景深擴展率和系統放大率，達到了在景深擴展率達10倍以上時，成像系統的放大倍數最大變化率為0.72%的技術指標。
