基于数字微镜器件的像素级调光技术研究

发布时间：2020-05-19 11:46

【摘要】：随着科技的发展,人们在深空探测、军事探测以及工业制造中强反射物体表面形貌检测等高动态范围成像领域的研究有着越来越热切的需求。但是受限于电荷耦合元件(CCD)的势阱深度,限制了CCD相机在上述领域中对强光目标成像的应用。因此,需要进一步发展成像技术,为实现CCD相机更广泛的应用提供方法。光信息调制技术是新兴的计算成像技术的重要组成部分,通过利用空间光信息调制器,成像系统可以实现对入射光信号强度的调制,从而增强相机的动态范围。数字微镜器件(DMD)是目前技术最先进和应用最广泛的反射式空间光信息调制器,由数百万个可独立编程控制的微反射镜组成,每个微镜单元都可以通过二进制脉宽调制技术进行高速的状态切换。本文利用DMD搭建了一套可以对入射光信息进行精确调制的成像系统并提出了一种基于绝对相位的镜元--像元坐标精确映射算法。最终实验证明了坐标映射算法的精确性和适用性以及该调光系统光强调制的能力。本论文的主要工作体现在以下三个方面:(1)搭建了一套基于数字微镜器件的可对入射光进行光强调制的成像系统,并根据实验需要对系统光路进行了改进,改善了成像质量。(2)提出了一种基于绝对相位的镜元--像元坐标精确映射算法,并与传统基于像元匹配和校准的多项式畸变拟合算法和BP神经网络拟合算法进行了实验对比。实验证明所提出的基于绝对相位的镜元--像元坐标精确映射算法的映射误差在(-0.6,0.6)像素之间,精度高于多项式畸变拟合算法和BP神经网络算法。(3)对该调光系统的响应曲线进行了标定,并对量块的高亮表面进行了光强调制和高动态成像。
【图文】：

工业制造,成像技术

（a）航发叶片（b）金属抛光零件（c）电路板焊点图 1.1 工业制造中的反光表面Fig 1.1 Reflective surface in industrial manufacturing计算成像技术是数字信号处理、计算机技术、数字传感器、现代光学、探测器和智能照明等技术领域交叉融合一种新兴技术，突破了传统图像探测系统小孔成像模型的局限性，创造性地将计算引入成像过程中各个环节[10-14]。计算成像技术通过主动改变或控制光电信息获取系统的相关器件，使得对视觉信息的处理前移至成像过程，利用计算机的数据处理能力来主动获取内容更加丰富、更逼真、更有效的数据，改变当前被动式目标信息获取技术景深小、分辨率低、视场小、动态范围小等不足。作为计算成像技术的一个分支，相机光路的光信号调制技术利用由空间光信息调制器（SpaceLightModulator，简称 SLM）组成的成像光路，根据实际成像需要通过编码控制 SLM 对成像系统的入射光信号的强度、相位、偏振、波长甚至相干性进行调制，达到对成像系统的动态范围、焦距、景深、光谱以及视场范围等参数的控制。与传统的成像技术相比，基于 SLM 的成像前光信号调制技术具有更宽的可探测动态范围、更加灵活的视场范围控制、更高的测量效率和测量精度等

高动态,相机,场景

通过控制液晶的衰减速率，，自适应地控制每个像素的场景亮度，实现了系统对高动态场景的调制和采集，如图1.2 所示[17]。美国马里兰大学的 Reddy 提出了一种可编程的像素压缩相机，如图 1.3
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH74

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