扫描器光学系统
用于红外凝视成像系统的光学微扫描器

DOI 1 3 8 / : 0.7 8 0MEI2 1 2 10 9 0 0 71 .0 9
An Op ia c o c n f r a ig Ifa e ma ig S se t l c Mir s a o St r n r r d I gn y t m a n
t e meh d o o i i g s f r ih c mp n a e h y tr tc b h v o fpe o lcrc a t ao ndn thfl r h t o fc mb n n ot e wh c o e s td t e h se ei e a iro iz ee ti c u tra oc it wa e
3 Y n i at nTc nl o Ld Y n i 6 0 6 C i ) . a t y o eh o g C . t, at 4 0, hn aR r o y , a2 a
Ab tac :T e d v lp n fte trn ifa e ma ig s se wa i td b h o s aia e o ui n s r t h e eo me to h sa i g n r rd i g n y t m s lmi y t e lw p tc lr s lto .Th e e s ailr s l to ft e i gn y t m o l e i r v d b h p ia co c n t c n l g t o tlwe i g te p ta e ou in o h ma i g s se c u d b mp o e y t e o t lmir s a e h oo y wi u o rn h c h t ema e st i ft e dee tr n h ed o iw o l x a e i l n o sy h r ls n ii t o h tco ,a d t e f l f ve c ud be e p nd d smu t e u l.Th r fr ,a mir s a vy i a e eo e c o c n b s d o o e iz e e ti cu t rwa e in d h rn i l ft e n v lp e o lcrc a t ao n he s a n r a e n n v lpe o lcrc a t ao sd sg e .T e p i cp eo h o e iz e e ti cu t ra d t c n e
光扫描技术 - Index of

l
2l
8l
(6-19)
式(6-19)是实际像高公式。如果将理想像高的公式(6-12)中的θ按级数
tg 1 (tg )3 1 (tg )5
3
5
展开,则式(6-12)可以写成
y' ( Rl')tg {1 1 ( 1 1)tg 2 [ 3 ( 1 )4 1 ( 1 )2 1]tg 4}
图6-10是球面反射扫描方式的光路原理图
图中a)是抛物反射镜扫描方式。当反射镜与
扫描反射镜之间距离为0.665f(f是抛物反射镜
的焦距)时,得到很好的f-θ 线性。同时,在扫
描面上得到补偿,使弥散斑直径趋近于零。
更通常的是图6-10b)及c)的凹面反射镜扫描系统。这时的f-θ 线性最佳条 件是扫描反射镜与球面反射镜之间距离为0.5f。f为球面镜的焦距。要光斑的弥散 圆最小,则扫描反射镜与球面镜之间距离应为0.8f。图6-10b)是利用球面反射镜 的边缘部分来工作,而图c)是用球面镜中心部分工作的方案。下面介绍球面镜
]
(6-22)
40 20 6 20 5
上式中振幅φ0与V, V^的关系,如图6-5所示。当相当大,而且反射镜作等速旋
转时,f-θ物镜的畸变象差系数V与 V^值应该是
V
2 3
V
8 5
(6-23)
将式(6-23)代入式(6-22),就可求得实现等速光扫描时允许的反射镜振幅
(6-21)
式(6-21)就是获得等速光扫描时,扫描物镜的理想畸变特性。当扫描系统如
图6-4所示,用半导体激光器作为光源,用准直物镜工作,这时是R→∞,l→∞
cr的工作原理

cr的工作原理CR(字符识别)是一种技术,它能够将印刷体字符转换为可供计算机处理的文本。
它在现代社会中起着重要的作用,被广泛应用于各个领域,如自动化办公、图像处理、机器人技术等。
本文将详细介绍CR的工作原理。
引言概述:CR技术的出现极大地提高了文本处理的效率和准确性。
它能够识别各种字体和大小的印刷体字符,并将其转换为计算机可以理解和处理的文本。
CR的工作原理可以分为五个部分,分别是图像获取、预处理、特征提取、字符识别和后处理。
一、图像获取:1.1 光学扫描:CR系统通过使用光学扫描技术,将纸质文档或图像转换为数字图像。
光学扫描器会扫描整个文档,并将其转换为像素矩阵,每个像素代表文档上的一个点。
1.2 摄像头:某些CR系统使用摄像头来获取文档图像。
摄像头会将文档图像转换为数字图像,以供后续处理和识别。
二、预处理:2.1 图像增强:在进行字符识别之前,需要对图像进行预处理,以提高字符识别的准确性。
图像增强技术可以去除噪声、调整图像的对比度和亮度,使得字符更加清晰可见。
2.2 图像分割:预处理阶段还包括图像分割,将整个图像分割为单个字符。
这一步骤通常涉及到字符之间的间距检测和字符边缘检测。
2.3 形态学处理:形态学处理是预处理的重要步骤之一。
它可以通过腐蚀和膨胀等操作,去除字符之间的噪声和干扰,使字符更加清晰。
三、特征提取:3.1 特征提取算法:在进行字符识别之前,需要提取字符的特征。
特征提取算法可以将字符的形状、边缘、纹理等特征转换为数值表示,以供后续的识别算法使用。
3.2 特征选择:特征选择是提取有效特征的过程。
通过选择最相关的特征,可以提高字符识别的准确性和效率。
3.3 特征向量表示:特征向量是对字符特征的数值表示。
它将字符的各个特征组合在一起,形成一个向量,供后续的分类算法使用。
四、字符识别:4.1 分类算法:字符识别的核心是分类算法。
常用的分类算法包括K近邻算法、支持向量机、神经网络等。
这些算法会根据特征向量将字符分为不同的类别。
光学相干断层扫描原理

光学相干断层扫描原理光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种非侵入性的生物医学成像技术,可以在生物组织中生成高分辨率的三维断层图像。
OCT技术的原理基于光学干涉,利用光的相干性来获得生物组织的内部结构信息。
OCT技术的基本原理是采用光的干涉来获取样品的反射和散射信息。
在OCT系统中,一束光被分成两束,一束照射到样品上,另一束作为参考光与样品的反射光进行干涉。
通过调节参考光的光程差,可以获得不同深度处的干涉信号。
利用这些干涉信号,可以重建出样品内部的断层结构。
在OCT系统中,光源是至关重要的组成部分。
常用的光源包括超连续谱光源和频域光源。
超连续谱光源可以提供宽带的光谱,使得OCT系统可以获得较高的深度分辨率。
频域光源则可以通过调节光源频率来获取不同深度处的干涉信号,从而实现快速的扫描速度。
光学相干断层扫描的成像原理是基于光的干涉,通过测量不同深度处的干涉信号来重建样品的断层结构。
在OCT系统中,通过扫描样品和调节参考光的光程差,可以获得多个A扫信号。
这些A扫信号可以用来生成二维的断层图像,也可以通过多次扫描来生成三维的断层图像。
OCT技术具有高分辨率、无损伤和实时性等优点,广泛应用于临床医学和生物医学研究领域。
在眼科领域,OCT技术可以用来观察和诊断眼部疾病,如黄斑变性、青光眼和视网膜脱离等。
在皮肤科领域,OCT技术可以用来观察皮肤的结构和病变,如皮肤癌和湿疹等。
此外,OCT技术还可以应用于牙科、神经科学和材料科学等领域。
光学相干断层扫描技术的发展,为生物医学成像提供了一种高分辨率、无创伤和实时性的方法。
随着光源和探测器技术的不断进步,OCT系统的性能也在不断提高。
未来,光学相干断层扫描技术有望在临床医学和生物医学研究中发挥更大的作用,为人们提供更准确、更可靠的诊断和治疗手段。
北洋激光雷达 说明书

北洋激光雷达说明书北洋激光雷达是一种高精度、高分辨率的三维激光扫描系统,主要用于室内和室外的环境感知、建图和定位。
本说明书将为用户提供有关北洋激光雷达的详细说明和使用指南。
一、系统构成北洋激光雷达主要由激光发射器、接收器、光学系统、扫描控制系统、数据处理系统等部分组成。
激光发射器:北洋激光雷达采用固态激光发射器,发射波长为905nm,具有高功率、高效率、长寿命等特点。
接收器:北洋激光雷达采用高灵敏度、高分辨率的接收器,能够准确接收反射回来的激光信号。
光学系统:北洋激光雷达采用高质量的光学系统,具有高透过率、低散射率、高反射率等优点,能够保证高精度的扫描结果。
扫描控制系统:北洋激光雷达采用高速电机和精密控制系统,能够实现高速、高精度的扫描。
数据处理系统:北洋激光雷达采用高性能的处理器和专业的算法软件,能够实现快速、准确的数据处理和分析。
二、使用方法1. 连接设备:将北洋激光雷达与电脑或其他设备连接。
2. 启动设备:按下电源开关,启动设备。
3. 调整参数:根据需要,调整扫描参数,如扫描速度、扫描角度、扫描分辨率等。
4. 开始扫描:按下扫描按钮,开始进行扫描。
5. 获取数据:扫描完成后,可以通过数据接口获取扫描数据。
6. 数据处理:使用专业的数据处理软件,对扫描数据进行处理和分析。
三、使用注意事项1. 使用前,请先仔细阅读本说明书,了解设备的使用方法和注意事项。
2. 在使用设备时,应注意安全,避免直接照射人眼。
3. 在使用设备时,应注意保护设备,避免碰撞和摔落。
4. 在使用设备时,应注意环境光的影响,避免在强光环境下使用。
5. 在使用设备时,应注意保持设备干燥、清洁。
6. 在使用设备时,应避免在易爆、易燃的环境中使用。
四、使用范围北洋激光雷达主要应用于室内和室外的环境感知、建图和定位,适用于机器人导航、智能制造、智慧城市、安防监控等领域。
五、总结本说明书为用户提供了北洋激光雷达的详细说明和使用指南,希望能够帮助用户更好地理解和使用北洋激光雷达。
ss-oct 原理

SS-OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography,扫频源光学相干断层扫描)是一种高性能的生物医学成像技术,主要用于对人体内部进行三维成像和病变检测。
它基于光学相干层析原理,通过扫描光源在光谱范围内连续波长的变化,获取不同深度组织的反射信号,从而实现对组织结构的成像。
SS-OCT 的原理可以简要概括为以下几点:
1. 光源:SS-OCT 使用一种特殊的扫频激光源,其输出波长在一定范围内连续变化。
这种光源可以获得不同深度的组织反射信号,从而实现高分辨率的三维成像。
2. 光学系统:SS-OCT 系统主要包括光源、分光器、扫描单元和探测器等部分。
分光器将扫频光源分成两束,一束作为参考光,另一束作为探测光。
扫描单元负责调整探测光在组织中的深度,以便获取不同深度的反射信号。
探测器接收参考光和探测光之间的干涉信号,并将其转换为电信号。
3. 信号处理:探测器输出的电信号经过信号处理单元,包括放大、滤波和模数转换等步骤,最终得到数字化的干涉信号。
计算机对这些信号进行处理,计算出不同深度的组织结构信息。
4. 图像重建:计算机根据组织结构信息,采用一定的算法对信号进行重建,得到可视化的三维断层图像。
通过比较不同时间点的扫描数据,可以观察到组织结构的动态变化,从而为临床诊断和治疗提供有力依据。
SS-OCT 技术具有高分辨率、高对比度、实时动态监测等优点,在眼科、皮肤科、神经科等领域有广泛的应用前景。
在我国,SS-OCT 技术的研究和应用正逐渐成为生物医学影像领域的一个热点。
光学成像系统

光学成像系统光学成像系统是一种使用光学元件来捕捉、传输、处理和显示图像的设备。
它的应用广泛,包括摄影、无人机、医学成像等领域。
本文将对光学成像系统的原理、组成部分及应用进行介绍。
一、原理光学成像系统的基本原理是利用光的传播和反射特性来形成图像。
光线从被观察的对象反射或透过后,通过透镜等光学元件聚焦成像,然后通过光敏传感器(如CCD或CMOS)转换为电信号,并进行信号处理和显示。
二、组成部分光学成像系统通常包括以下几个主要组成部分:1. 光源:提供光线,常用的光源包括白炽灯、激光器等。
2. 透镜系统:包括凸透镜和凹透镜,用于调节和聚焦光线,常见的透镜有凸透镜、凹透镜和放大镜等。
3. 光学滤波器:用于选择或分离特定波长的光线,如红外滤镜、偏振片等。
4. 光敏传感器:将光信号转换为电信号的元件,常见的有CCD和CMOS。
5. 信号处理器:对光电信号进行放大、滤波、编码等处理,常见的有FPGA、DSP等。
6. 显示器:将经过信号处理后的图像显示出来,包括液晶显示器、CRT显示器等。
三、应用光学成像系统在各个领域都有广泛的应用。
1. 摄影:相机是一种最常见的光学成像系统。
通过调节透镜、光圈和快门等参数,可以捕捉到清晰、逼真的图像。
2. 无人机:无人机上配备了光学成像系统,用于实时监控、航拍等应用。
光学成像系统可以拍摄高清晰度的照片和视频,帮助人们获取更多的信息。
3. 医学成像:医学成像设备如CT扫描、MRI等利用光学成像系统来观察人体内部的结构和病变。
通过透视和分析,医生可以做出准确的诊断和治疗。
4. 光学检测:光学成像系统可以用于物体的形状和质量检测。
例如,利用光学成像系统对工业产品进行表面缺陷检测,可以快速准确地判断产品是否合格。
总结:光学成像系统是一种利用光学元件来实现图像捕捉、传输、处理和显示的系统。
它由光源、透镜系统、光学滤波器、光敏传感器、信号处理器和显示器等组成。
光学成像系统在摄影、无人机、医学成像等领域有着广泛的应用。
光学微扫描器技术及其实现方式

引言
光电成像技术在军事、医疗、工业、安全等众多领
空间分辨力的提高仍然需要伴随光学系统焦距的增加:
3 减小探测器单元的几何尺寸并提高探测器 的占空比: ) 虽然在物镜焦距不变的条件下, 可有效提高成像系统的
域 已获得广泛的应用。随着成像传感器技术的发展,不 仅各种 C D及 C S C MO 固体成像器件层出不穷, 而且各 种波段的成像传感器也得到迅速发展。然而, 成像传感
收稿 日期 :2 0 .51 0 50 .2 作者简介:徐超 ,男 ,博士研 究生 ,北京 理工大学信息科学 技术学院光 电工程 系,主要 从事光 电系统与光 电 信息处理方面研究 。 基金项 目:总装预研基金项 目
( 京理工大学光 电工程 系,北京 10 8 ) 北 0 0 1
摘要 : 微扫描成像技术是 一种用 于提高成像 系统分辨力的新技术 ,它利用多幅相 互之间具有亚像元位 移的序列低分辨力 图像来重建高分辨力图像 。微扫描器是微扫描成像 系统 中最重要的组成部分。文章 简要地阐述 了 成像 系统由于欠采样所带来 的混叠效应,以及微 扫描成像技术提高采样频率 以减小混叠 效应的原理 ,分析 了微扫描工作模 式和成像过程 ,然后介绍 了几种典型光学微扫描器 的实现方式。 关键词:微扫描;欠采样;混叠;光电成像 ;光学微 扫描器 中图分类号 :T 2 4 N 1 文献标识码 :A 文章编号 :10 .8 1 060 3 8 5 0 189 ( 0)6 3 . 2 0 0
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第2 卷 第 6 8 期 20 o 6年 6月
红 外 技 术
I fae T c n lg n rrd e h oo y
Vb.8 No6 1 2 . Jn 2 0 ue 06
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掃描器光學系統 1. 掃描器光學系統簡介
2. 元件特性
3. 元件選取與系統效能計算
4. 影像品質與光路設計
講師:張榮喬、周明德1. 掃描器光學系統簡介
(a) 透鏡
光學成像之用 (b) 反射鏡
正面鏡 (c) 光源
冷陰極管(CCFL)
(d) 光感測器
CCD(Charge couple device), CMOSCompleme ntaryMetal Oxide Semico nductor)
,CIS(Co ntact Image Se nsor)
掃描器光學結構 以Carriage來組合所有光學元件
2. 元件特性
(a) Len s(透 鏡
)
何謂透鏡?簡單來說,就是一個使得光線可以改變其前進方向的成像系統, 而當我們使用一個透鏡元件時,有一些特性是我們應該去注意了解的: a. 光程總長(Total Track)
T.T.在設計光路時是一個相當重要的參數,它可以讓決定整個光路系統的大 致上的大
小,並且可以決定整個光路系統中他的光程應該設計為多少時,可以得 到最佳結果。 b. 有效焦距長(Effect Focal Length) EFL為一個透鏡元件之有效焦距長,其定義為從透鏡的主點面至焦點之長。 此為透鏡元件之重要參數。 c. FNO (F-Number) FNO為一個透鏡元件之重要參數之一,此參數的定義為 EFL/孔徑直徑,此
參數在光路設計中扮演一個重要角色,就是它可以決定此光路系統之進入光量大 小,FNO愈大,就代表可以進入的光量愈少,而得到的影像會較暗。而 FNO也 分為兩種,分別為Infinite和 Working Distanee這兩個的不同處在於Infinite FNO 為平行光系統使用的FNO,而Working Distanee FNO為當T.T.距離系統時使用的 FNO。 d. 物件大小(Object Size) 此為一個光路系統中,當符合 T.T •時,可以放的物件大小。 e. 放大/縮小率(Magnification/Reduction) 放大縮小率為當物件的光經過一個透鏡元件時,最後到成像面 (Image)時的 大小比率,其公式為Image size/Object size但是另外有個方法可以較輕易計算 出大約的放大/縮小率,其公式為像距/物距。 f. 光源(Light Source) 光源為一透鏡元件適用之範圍,而不同的光源範圍就需要使用不同的透鏡元 件材料。 g. Spot Size
Lens聚光時的像點大小,為配合 CCD的pixel size,其影像面上的spot size 必須
小於pixel size。 h. 主面位置(Position of Principle Plane) 一個透鏡元件均會有兩個主面,分為首主面和次主面,而主面便是由各個主 點連接起來的面,而主點便是當一個透鏡系統不管內部如何折射,而將平行入射 光線及往焦點方向的光面作延長線,此兩條延長線相交之處變是其主點,而將每 條光線均利用此方法找出其主點,而將這些主點連接起來,就成為主面。 i. 入射光瞳及出射光瞳(Entrance and Exit Pupil) 在透鏡系統中,都會有所謂的孔徑或是光闌(Aperture Stop),而這些會將光 線阻擋的結構,在透鏡中扮演相當重要的角色,因為它可以阻擋所謂雜散光的進 入,而所謂入射光瞳和出射光瞳,分別是指當我從物件面和成像面去看光闌時其 呈現出來的光闌孔徑大小。另外主光線(Chief Ray)決定入射光瞳與出射光瞳的 位置,而主光線通常為物件的光線會通過光閘中心點的那條光線,而入射光瞳及 出射光瞳位置分別為此線之延長線與光軸相交之位置。 j. 相對亮度(Relative Illuminance) 相對亮度主要是指中心與邊緣的相對亮度而言,在一個成像系統裡,中心的 亮度與兩旁的亮度會有cosj比例的衰減,所以相對亮度直就是要提醒我們中心 及兩旁的亮度值不同,若要成像面整體亮度均勻,就需要將物件面上作補光或削 光的動作。 k. 變形(Distortio n) 變形在透鏡成像系統中是屬於像差的一種,而此種像差會造成在成像面上使 得影像扭曲變形,最主要是因為當斜向入射時,其波為斜向前進,而產生傾斜波 面,而造成成像面上的像有所扭曲,而這種情況,若進入至透鏡的光線的角度愈 大,其扭曲率愈高。 l. 半場角(Half-Field Angle)
此為一個透鏡系統中之收斂角度,也就是說,一個透鏡系統的光瞳所能夠接 受的最大角度入射光,因為通常一個透鏡系統習慣是一個對稱系統,所以通常都 只取一半做為定義,所以在此所謂半場角便是光瞳可容許之最大角度的一半。 m. 鍍膜(Coati ng)
在光學系統中,可以根據不同的需求,而鍍上不同類型的模層。 n. MTF(Modulation Tran sfer Fun ctio n) MTF在評估一個透鏡系統時是一個相當重要的參數,而透鏡系統的 MTF 值,主要受到下面幾個因素影響: ⑴、孔徑大小 (2) 、像差
(3) 、光源波長
(4) 、入射角度
所謂MTF,其實就是透鏡的轉換函數,最簡單的 MTF的表示方式為:
其中Imax和Imin分別為影像強度的極大值與極小值。 而MTF都會有一個截止頻率,如果在理想情況時, MTF的截止頻率為:
f -- 0 ■(FNO)
就MTF而言,當空間頻率為零時,其 MTF值為最大,其值為1,而之後隨 著頻率增加而下降,當降至截止頻率時,其 MTF值正好為零。而此條曲線在理 想狀況時會呈現一條近似直線的曲線下降,但是當有像差時, MTF值受到像差 這項的影響相當大,其MTF的曲線將會下降的相當快速,很有可能還未到截止 頻率時就下降為零。 在透鏡系統中,當遇到斜向入射時,通常都會根據斜向角度的軸分為逕向 (Saggital)和切向(Tangentai),通常簡寫為S和T方向,而這兩個方向的 MTF值 會不同,就一般而言,S的MTF值會優於T的MTF值。
(b) Mirror(反射鏡
)
反射鏡一般分成正面鏡和反面鏡,依據不同的反射材質可用來反射不同波長 的光線。選擇反射鏡的性質如下: a. 正面鏡
使用鍍膜層的正面,必須對反射膜外層加上一層保護膜,一般正面鏡的鍍膜 需用到5
M TFv) I m a x
I
min
I m a
I
min 〜6層,成本較高,用於光學系統。 b. 反面鏡 使用鍍膜層的反面,因此不須對反射膜外層加上保護膜,成本較低,用於一 般
日常生活的反射成像,由於會經過一個玻璃介質,因此在傾斜角度時會有鬼影 (多重影像 ),反射次數越多則鬼影越多,故不使用於光學系統。 c. 入射角
由於鍍膜一般對於不同的入射角其反射率並不同 ,因此對於在光學系統中盡 量不操作於入射角大於 45 度。 d. 鍍膜材質 反射面都使用金屬膜,當我們使用不同材質的金屬膜時,其反射率隨著不同
的波長而改變。在可見光範圍中大多使用較便宜的鋁材質,它的反射率在可見光 波長範圍大約為 90%以上。 e. 表面粗糙度
雖然鋁鍍膜於可見光的反射率為 90%,但若反射的表面不平坦就會造成反射 率下降,因此我們使用表面較容易製成平坦的玻璃材質作為鍍膜的基板。
(c) Lamp(燈管) 在光學系統中,光源是相當重要的主體,一個光學系統若是沒有光源就無
法 作用了,而在Scanner的光學系統裡,主要的光源來源為冷陰極管(CCFL),下面 就是冷陰極管的特性及發光原理。 CCFL 為低壓水銀放電燈,在螢光燈中封入少量水銀蒸氣,當電壓加大時, 水銀蒸
氣會被電子衝擊而產生253.7nm的紫外線,而經過螢光體後可轉換成可見 光,而不同氣體與不同的螢光體組合便可改變其發光顏色,而 CCFL 的亮度對於 周圍環境溫度也有相關特性,當周圍溫度低時,因為燈管內水銀蒸氣壓力也降 低,所以減少與封入惰性氣體的效果及紫外線輸出,使得啟動電壓上升及降低可 見光輸出,而當溫度過高時,因為內部水銀蒸氣壓力過高,而使得光輸出減少, 另外, CCFL 的點燈的穩定時間為 3-5分鐘,點燈時的瞬間光輸出為穩定時的 70%, 30 秒後達到 90%。而 CCFL 的特點如下: (1) 、電器及光學特性安定
(2) 、壽命長 (約 15000Hr) (3) 、耐點滅特性 (10 萬次以上 ) (4) 、小型量輕
(5) 、低發熱量
(6) 、低消耗電力
在照明學上,有一些術語是光學系統中常用的,現在就如下面敘述: a. 光通量(Luminous flux,①) 單位:流明 (lumen, Lm) 簡述:由一光源所發射並被感知之所有輻射能稱之為光通量。
b. 光強度(Luminous Intensity, I) 單位:坎德拉或燭光(candela, Cd)