全波段高光谱成像系统光源设计毕业论文

 2021-04-07 12:04

摘 要

为全波段推扫式高光谱成像系统设计制作了条形光源。设计制作包含两部分,即机械部分与电气部分。机械部分包括灯架与支撑结构的设计、制作;电气部分选择直流12 V并联电路,可以避免照明频闪,最后手工完成光源装配。对原型光源进行测试改进,解决了光照有阴影以及卤素灯距离灯具过近的问题。

对改进好的光源进行照度和光谱强度测量,在距离检测目标水平距离分别为20 cm和30cm的条件下使光源位于不同的高度照射,测量此时的光照强度和光谱强度并对数据进行分析处理,发现当光源以45°直射在检测目标上时的光照强度和光谱强度最大,并且光源距离目标越近,强度越大。当光源距离检测目标约30 cm时,最小光照强度约为120 Lx,距离45 cm时,最小光照强度约为200 Lx,最大光照强度均不大于最小光照强度的140%。同时,采用卤素射灯作为照明光源可以满足在400nm-1600nm波段产生连续的光谱,但装夹亚克力板会对400nm-1600nm波段的光谱强度有20%-40%的削弱作用,却不会影响光谱的分布,还可以柔和光线,消除阴影。

关键词:光源系统;均匀照明;全波段照明;照明电路

Light source design for full-band hyper-spectral imaging system

ABSTRACT

To design a suitable light source for the sweeping hyper-spectral imaging system,the light source design and production consists two parts, the mechanical part and the electrical part.The mechanical part includes the design, manufacture and installation of lamp stands and support structures.The electric part uses the DC 12V parallel circuit, which can avoid the lighting strobe and finally install the light source manually.The prototype light source was tested and improved to solve the problem of light with shadow and halogen lamp near the lamp.

Measuring the illuminance and spectral strength of the improved light source,placing the light source at different altitudes at a distance of 20cm and 30cm from the detection target, respectively, to measure the intensity of the light and the spectral intensity at that time and to analyse the data.It is found that when the light source is directly on the detection target at 45 °, the light intensity and spectral intensity are the largest, and the closer the light source is to the target, the greater the intensity.When the light source is about 30cm away from the detection target, the minimum light intensity is about 120Lx, and when the distance is 45cm, the minimum light intensity is about 200Lx, and the maximum light intensity is not greater than 140 % of the minimum light intensity. At the same time, the use of halogen lamps as lighting sources can satisfy the continuous spectrum in the 400nm-1600nm band, but the loading of the Jiayakeli plate will have a 20 % -40 % weakening of the spectral intensity in the 400nm-1600nm band, but it will not affect the spectrum distribution., It can also soften the light and eliminate the shadow.

Key Words:Light source system;Even illumination;Full-band lighting;Lighting circuit

目 录

1 绪论………………………………………………………………………………………………1

    1. 研究背景及意义…………………………………………………………………………1
    2. 国内外发展概况…………………………………………………………………………1

1.2.1 国内概况…………………………………………………………………………1

1.2.2 国外概况…………………………………………………………………………2

1.2.3 光源设计的主要难点……………………………………………………………2

1.3 论文的主要研究内容及研究对象………………………………………………………2

2 面向高光谱成像系统的光源特性研究分析……………………………………………………4

2.1 光源类型比较……………………………………………………………………………4

2.2 光源对高光谱成像系统的作用…………………………………………………………5

2.3 高光谱成像系统的照明方式原理………………………………………………………5

2.3.1 明场照明与暗场照明……………………………………………………………5

2.3.2 光源的照明方式…………………………………………………………………6

2.3.3 照明设计方法的经验总结………………………………………………………7

3 全波段线形光源设计与作………………………………………………………………………8

3.1 方案比较…………………………………………………………………………………8

3.2 光源设计…………………………………………………………………………………9

3.2.1 光源选型…………………………………………………………………………9

3.2.2 结构设计………………………………………………………………………10

3.2.3 电路设计………………………………………………………………………11

3.3 光源制作………………………………………………………………………………14

3.3.1 原型……………………………………………………………………………14

3.3.2 改进方案一……………………………………………………………………17

3.3.3 改进方案二……………………………………………………………………20

4 光源整体性能检测……………………………………………………………………………22

4.1光照均匀性测试分析……………………………………………………………………22

4.1.1 测试方法…………………………………………………………………………22

4.1.2 数据分析…………………………………………………………………………24

4.1.3 小结………………………………………………………………………………26

4.2光谱连续性测试分析……………………………………………………………………26

4.2.1 测试方法…………………………………………………………………………27

4.2.2 数据分析…………………………………………………………………………28

4.2.3 小结………………………………………………………………………………37

结论……………………………………………………… ………………………………………39

致谢………………………………………………………………………………………………40

参考文献…………………………………………………………………………………………41

1 绪论

    1. 研究背景及意义

所谓机器视觉技术,就是通过面阵相机采集目标图像,然后传送给计算机,然后由计算机针对特定的应用进行图像以及光谱信息的处理与分析[1]。由于计算机技术的飞速发展,机器视觉的应用范围也越来越广,从最初的对象识别、尺寸检测到如今的机器学习等等,机器视觉已日渐成为工业生产的一部分[2~6]

对于机器视觉来说,光源起着十分重要的作用,它影响着至少百分之三十输出图像的效果[7],好的光源能改善整个系统的分辨率,使物体上重要特征显现,或者抑制不重要的特征,提高图像质量[8~10]。不同的场合需要使用相对应的照明系统,其中光源的照射角度是照明方式中最重要的影响因素[11~12],可以增强某些特征,除此之外,光源的光谱、亮度同样会影响拍照效果[13~14]

此次毕业论文所研究的目的是为推扫式高光谱成像系统设计制作一套能满足光照均匀性、光谱连续性、不频闪等要求的照明系统。

    1. 国内外发展概况

1.2.1 国内概况

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