基于液晶透镜的生物识别成像系统的研究
发布时间：2021-01-25 01:11
光学系统是图像采集中的重要组成部分,采集图像质量的优劣直接影响了后续图像处理过程中的计算效果。目前在虹膜识别、人脸识别等生物识别中,所采用的成像系统由于设备体积的限制,多采用定焦系统,识别过程中需要人为配合,不够便捷。采用不需要移动部件的电控调焦液晶透镜是解决这一问题的方法之一,液晶透镜是根据液晶分子的双折射效应制备而成,通过外加电场改变液晶分子的偏转角度,实现液晶透镜焦距的电控调节。目前液晶透镜的研究主要集中在单个液晶透镜的性能上,但由于液晶透镜自身焦距范围有限,单片液晶透镜难以独立应用。本文主要将液晶透镜与光学镜头结合,实现在无机械移动部件情况下进行光学调焦,具体研究内容如下:1.给出了液晶透镜焦距、光程差的计算方法。通过液晶透镜的阻容等效模型计算了液晶透镜的折射率分布。根据牛顿光学成像公式,得出液晶透镜与传统玻璃透镜组合系统进行光学调焦的理论依据。2.应用Zemax光学仿真软件对四分离式光学镜头进行建模。根据虹膜识别中虹膜图像像素要大于80个像素的要求,得出物距最长为620mm,以此作为成像系统的最长物距。将液晶透镜的折射率分布用Zemax中的梯度2进行建模,并与四分离式光学镜头...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１液晶透镜理论模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｌｅｎｓ??
?基于液晶透镜的生物识别的成像系统的研究???２．?４模式控制液晶透镜理论仿真??模式控制液晶透镜为两片导电玻璃基板中间夹着高阻层及液晶材料组成，当液晶透??镜施加电压时，高电阻层的电阻与液晶电容组成如图２．２的等效电路，外加驱动电压在??液晶不同位置上的电场形成梯度分布，液晶分子的偏转角度随之梯度分布，液晶折射率??形成梯度分布，形成梯度折射率透镜。使用的液晶为Ｅ７液晶，参数如下［５５］。液晶层厚??度?２５陣，预倾角?９°?，驱动电压?１０Ｖ，驱动频率?２０ＫＨｚ，Ａｓ＝１４．０７，ｓｊ＝５．２１，Ｋｉｉ＝ｌｌ．ｌｐＮ，??Ｋ２２＝５．９?ｐＮ，?Ｋ３３＝１７．１?ｐＮ，?Ａｎ＝０．２２，?ｎ〇＝１．５１７〇??２?ｍｍ??Ｉ?！?＂?＿??Ｒ２ｎ?Ｒ２ｎ－１?Ｒ２ｎ－２?Ｒ３?Ｒ２?Ｒ１??——ＥＺＺ＞ｙ－ｉＺＺＩ—｜－＜ＺＺ＞?Ｅ３－Ｉ—Ｅ５３———??（ｕ）?Ｃ２ｎ?＿＿＿?ＣＺｎ－ｌ?Ｃ２?Ｃｌ?（ｕ＾）??图２．２模式控制液晶透镜等效电路??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｏｄｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｌｅｎｓ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ??结合液晶透镜电阻－电容等效模型和液晶连续体理论计算电压分布并用ＭＡＴＬＡＢ编??程进而得到折射率分布［５６］，步骤如下。??（１）结合液晶材料参数计算不同电压下满足Ｅｕｌｅｒ?－Ｌａｇｒａｎｇｅ方程的液晶指向矢排??列、有效介电常数及非寻常光的光程。??（２）将圆孔（２?ｒａｍ）等距离分成２０００份，并设置高阻材料的方块电阻计算各个环的??电阻，对应于Ｒｉ＿Ｒｎ。??（３）给液晶透镜加电时，先将液晶的介电常数初
?大连海事大学硕士学位论文???１??１．７０??Ｉ；—＂—）Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ｜??Ｉ丨八??１．５２??－＊３?Ｅ?！Ｔｊ?ＴＴ??Ｄｉｓｔａｎｃｅ（ｍｍ）??图２．３模拟液晶透镜折射率分布??Ｆｉｇ．?２．３?Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｅｄ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｌｅｎｓ??通过ＭＡＴＬＡＢ拟合最终得到液晶透镜的折射率分布方程为最高次幂为１２次的偶??次方程。??２．５液晶透镜调焦原理??光学系统通常由多个光学镜组组合而成，光学镜组可以是单片透镜，也可以是由多??片透镜组合而成的透镜组。本论文中是将液晶透镜与一个定焦的光学镜组组合成一个光??学系统，该光学系统可以看成为两个光学镜组，其结构如图所示。??ｍ合系统?ａ丨介系统??物方±如?光ｆｌ丨丨?光相丨丨?像方上ｒｔｉ??．１?ｌ（？?（Ａ?ｙ；?ｃ’?．ｓｗ??Ｉｔ?Ｆ，?〃，?＾ｖ；?＾?一?Ｈ：?ｔｙ?／ｒ??＼?＊Ｖ，?．Ｖ；?ｊ／?ｋ＼?Ｋ?Ｋ?．ｖ；?／??Ａ?ｆ?心广．??厂Ｘ”?＿，?，?￣Ａ?ｒ?Ｉ?乂?ｒ?＿?ｄ?ｒ?｜?Ｍ?ｆ＇?ｍ?＾?！ｌ??＇?ｆ?ｆ?］?，?？、／?１?■?，?ｉ，ｙ?．?．?／?．??＾?－ｆｎ?ｍ?＾?ｚｌｌ?＾??图２．４两个光组组合焦距计算??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｍｂｉｎｅｄ?ｆｏｃａｌ?ｌｅｎｇｔｈ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｌｉｇｈｔ?ｇｒｏｕｐｓ??物空间与光轴平行的光线ＡＱ，入射到光组１，经过光组１的折射后，通过光组１的??像方焦点Ｆ丨进入光组
【参考文献】：
期刊论文
[1]TFT-LCD用聚酰亚胺液晶取向层的研究与应用进展[J]. 职欣心,毕洪生,高艳爽,高垲悦,陈津,齐麟,刘金刚. 化工新型材料. 2019(10)
[2]快速响应模式电极pi-cell液晶透镜的研究[J]. 肖奇,于涛,章波,王伟郅,巩伟兴,张嘉伦. 液晶与显示. 2019(08)
[3]溶胶-凝胶旋涂法制备Al掺杂ZnO薄膜及其光电性能的研究[J]. 王玉新,赵帅,刘国强,王磊,李真,陈苗苗. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2019(02)
[4]自动图像聚焦判别的数字图像处理算法分析[J]. 廖定安. 数字技术与应用. 2018(10)
[5]基于红外图像的自动调焦技术[J]. 王建瑞. 光电技术应用. 2018(03)
[6]基于图像清晰度评价函数与自动取窗对焦的目标视觉调焦算法[J]. 田文利. 微型电脑应用. 2017(09)
[7]基于蝶形液晶开关获得自由立体显示的定向背光平顶光束研究[J]. 陈芳萍,张晓婷,庄其仁,刘楚嘉,漆宇,吴逢铁. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[8]液晶取向技术及其在我国专利发展的现状浅析[J]. 刘志玲. 科技展望. 2017(24)
[9]低电压驱动液晶变焦透镜的设计与优化[J]. 杨兰,王敏帅,徐恭勤,周雄图,郭太良,叶芸. 光学学报. 2017(09)
[10]聚酰亚胺纤维的研究进展[J]. 常晶菁,牛鸿庆,武德珍. 高分子通报. 2017 (03)
硕士论文
[1]基于图像处理的自动调焦算法研究[D]. 杨贤伦.安徽大学 2018
[2]光电跟踪系统及其自动调焦技术的研究[D]. 杨帆.山东科技大学 2017
[3]高灵敏度自动对焦系统的研究与实现[D]. 余炎.武汉理工大学 2014
本文编号：2998259
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１液晶透镜理论模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｌｅｎｓ??
?基于液晶透镜的生物识别的成像系统的研究???２．?４模式控制液晶透镜理论仿真??模式控制液晶透镜为两片导电玻璃基板中间夹着高阻层及液晶材料组成，当液晶透??镜施加电压时，高电阻层的电阻与液晶电容组成如图２．２的等效电路，外加驱动电压在??液晶不同位置上的电场形成梯度分布，液晶分子的偏转角度随之梯度分布，液晶折射率??形成梯度分布，形成梯度折射率透镜。使用的液晶为Ｅ７液晶，参数如下［５５］。液晶层厚??度?２５陣，预倾角?９°?，驱动电压?１０Ｖ，驱动频率?２０ＫＨｚ，Ａｓ＝１４．０７，ｓｊ＝５．２１，Ｋｉｉ＝ｌｌ．ｌｐＮ，??Ｋ２２＝５．９?ｐＮ，?Ｋ３３＝１７．１?ｐＮ，?Ａｎ＝０．２２，?ｎ〇＝１．５１７〇??２?ｍｍ??Ｉ?！?＂?＿??Ｒ２ｎ?Ｒ２ｎ－１?Ｒ２ｎ－２?Ｒ３?Ｒ２?Ｒ１??——ＥＺＺ＞ｙ－ｉＺＺＩ—｜－＜ＺＺ＞?Ｅ３－Ｉ—Ｅ５３———??（ｕ）?Ｃ２ｎ?＿＿＿?ＣＺｎ－ｌ?Ｃ２?Ｃｌ?（ｕ＾）??图２．２模式控制液晶透镜等效电路??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｏｄｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｌｅｎｓ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ??结合液晶透镜电阻－电容等效模型和液晶连续体理论计算电压分布并用ＭＡＴＬＡＢ编??程进而得到折射率分布［５６］，步骤如下。??（１）结合液晶材料参数计算不同电压下满足Ｅｕｌｅｒ?－Ｌａｇｒａｎｇｅ方程的液晶指向矢排??列、有效介电常数及非寻常光的光程。??（２）将圆孔（２?ｒａｍ）等距离分成２０００份，并设置高阻材料的方块电阻计算各个环的??电阻，对应于Ｒｉ＿Ｒｎ。??（３）给液晶透镜加电时，先将液晶的介电常数初
?大连海事大学硕士学位论文???１??１．７０??Ｉ；—＂—）Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ｜??Ｉ丨八??１．５２??－＊３?Ｅ?！Ｔｊ?ＴＴ??Ｄｉｓｔａｎｃｅ（ｍｍ）??图２．３模拟液晶透镜折射率分布??Ｆｉｇ．?２．３?Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｅｄ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｌｅｎｓ??通过ＭＡＴＬＡＢ拟合最终得到液晶透镜的折射率分布方程为最高次幂为１２次的偶??次方程。??２．５液晶透镜调焦原理??光学系统通常由多个光学镜组组合而成，光学镜组可以是单片透镜，也可以是由多??片透镜组合而成的透镜组。本论文中是将液晶透镜与一个定焦的光学镜组组合成一个光??学系统，该光学系统可以看成为两个光学镜组，其结构如图所示。??ｍ合系统?ａ丨介系统??物方±如?光ｆｌ丨丨?光相丨丨?像方上ｒｔｉ??．１?ｌ（？?（Ａ?ｙ；?ｃ’?．ｓｗ??Ｉｔ?Ｆ，?〃，?＾ｖ；?＾?一?Ｈ：?ｔｙ?／ｒ??＼?＊Ｖ，?．Ｖ；?ｊ／?ｋ＼?Ｋ?Ｋ?．ｖ；?／??Ａ?ｆ?心广．??厂Ｘ”?＿，?，?￣Ａ?ｒ?Ｉ?乂?ｒ?＿?ｄ?ｒ?｜?Ｍ?ｆ＇?ｍ?＾?！ｌ??＇?ｆ?ｆ?］?，?？、／?１?■?，?ｉ，ｙ?．?．?／?．??＾?－ｆｎ?ｍ?＾?ｚｌｌ?＾??图２．４两个光组组合焦距计算??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｍｂｉｎｅｄ?ｆｏｃａｌ?ｌｅｎｇｔｈ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｌｉｇｈｔ?ｇｒｏｕｐｓ??物空间与光轴平行的光线ＡＱ，入射到光组１，经过光组１的折射后，通过光组１的??像方焦点Ｆ丨进入光组
【参考文献】：
期刊论文
[1]TFT-LCD用聚酰亚胺液晶取向层的研究与应用进展[J]. 职欣心,毕洪生,高艳爽,高垲悦,陈津,齐麟,刘金刚. 化工新型材料. 2019(10)
[2]快速响应模式电极pi-cell液晶透镜的研究[J]. 肖奇,于涛,章波,王伟郅,巩伟兴,张嘉伦. 液晶与显示. 2019(08)
[3]溶胶-凝胶旋涂法制备Al掺杂ZnO薄膜及其光电性能的研究[J]. 王玉新,赵帅,刘国强,王磊,李真,陈苗苗. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2019(02)
[4]自动图像聚焦判别的数字图像处理算法分析[J]. 廖定安. 数字技术与应用. 2018(10)
[5]基于红外图像的自动调焦技术[J]. 王建瑞. 光电技术应用. 2018(03)
[6]基于图像清晰度评价函数与自动取窗对焦的目标视觉调焦算法[J]. 田文利. 微型电脑应用. 2017(09)
[7]基于蝶形液晶开关获得自由立体显示的定向背光平顶光束研究[J]. 陈芳萍,张晓婷,庄其仁,刘楚嘉,漆宇,吴逢铁. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[8]液晶取向技术及其在我国专利发展的现状浅析[J]. 刘志玲. 科技展望. 2017(24)
[9]低电压驱动液晶变焦透镜的设计与优化[J]. 杨兰,王敏帅,徐恭勤,周雄图,郭太良,叶芸. 光学学报. 2017(09)
[10]聚酰亚胺纤维的研究进展[J]. 常晶菁,牛鸿庆,武德珍. 高分子通报. 2017 (03)
硕士论文
[1]基于图像处理的自动调焦算法研究[D]. 杨贤伦.安徽大学 2018
[2]光电跟踪系统及其自动调焦技术的研究[D]. 杨帆.山东科技大学 2017
[3]高灵敏度自动对焦系统的研究与实现[D]. 余炎.武汉理工大学 2014
本文编号：2998259
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