CN106791464A - 一种数字同轴全息显微控制系统 - Google Patents

一种数字同轴全息显微控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106791464A
CN106791464A CN201611093392.6A CN201611093392A CN106791464A CN 106791464 A CN106791464 A CN 106791464A CN 201611093392 A CN201611093392 A CN 201611093392A CN 106791464 A CN106791464 A CN 106791464A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control
ccd
control box
control system
coaxial holographic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611093392.6A
Other languages
English (en)
Inventor
田鹏
严伟
胡松
杨帆
李凡星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201611093392.6A priority Critical patent/CN106791464A/zh
Publication of CN106791464A publication Critical patent/CN106791464A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device
    • G05D3/203—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device using fine or coarse devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种数字同轴全息显微控制系统，包括：PC与CCD(1)、电路控制箱(3)均采用USB通信，系统利用软件对CCD的视频、截图、曝光、存储控制；以及通过电路控制箱对三维工件台(2)和激光器(4)的控制；系统利用软件对图像进行光学反演推算得到测量物结构信息。CCD视频模式用于对光路中光学元器件和光强的调整，截图、曝光用于采集测量信息的图像。电路控制箱对激光器的通断控制、对三维工件台的三轴移动以及位置反馈控制。得到的图像进行逆向菲涅耳变换解析出其中所含的测量物信息。

Description

一种数字同轴全息显微控制系统
技术领域
本发明属于超精密控制技术领域，涉及一种数字同轴全息显微控制系统。
背景技术
数字同轴全息显微系统在充分继承传统同轴全息成像无像差、非接触、大视场、CCD空间带宽利用率高、散斑噪声低、系统结构灵活简单等优点的基础上，通过引入波带片进一步优化光路，单次反演消除了传统同轴全息的孪生像影响，提高再现光场信噪比，增大物波与参考波的夹角，使捕获物光波高频波段信息的能力得到进一步提高。
控制软件首先要对激光器控制，即控制光源的产生。其次为了提高数字同轴显微系统精度，需要进行图片拼接，利用多幅图片拼接成一张以此实现孔径合成，也就需要通过控制箱移动工件台承载CCD相机做XY方向步进拼接，其工件台位置由光栅尺反馈并实时显示在电脑端。再者要控制CCD，根据需求不同程度的曝光。最后就是要对图片进行拼接，并根据拼接的图片进行逆向菲涅耳变换得到需要的测量物信息。
发明内容
本发明提出了一种数字同轴全息显微控制软件设计，包括通信控制、激光器控制、三维工件台控制、CCD控制、反演成像。
本发明采用的技术方案如下：一种数字同轴全息显微控制系统，包括：PC与CCD、电路控制箱均采用USB通信，系统利用软件对CCD的视频、截图、曝光、存储控制；以及通过电路控制箱对三维工件台和激光器的控制；系统利用软件对图像进行光学反演推算得到测量物结构信息，CCD视频模式用于对光路中光学元器件和光强的调整，截图、曝光用于采集测量信息的图像，电路控制箱对激光器的通断控制、对三维工件台的三轴移动以及位置反馈控制，得到的图像进行逆向菲涅耳变换解析出其中所含的测量物信息。
更进一步的，PC与CCD、控制箱均采用USB通信，软件自动识别并存储CCD通信口、控制箱通信口的路径。
更进一步的，PC发送通信帧给控制箱，字符串至少包括一位起始“#”，一位命令“0-9”，一位设置“0-9”，一位符号“0-1”、可变长度的十进制数据“0-9”和一位结束“*”。
更进一步的，控制箱发送通信帧给PC，字符串至少包括一位起始“*”，一位通道“X/Y/Z”，一位空，可变长度的十六进制数据“00-ff”和一位结束“#”。
更进一步的，PC发送指令控制三维工件台复位、定向移动、快速移动以及刷新光栅位置。
更进一步的，激光器的通断采用继电器的方式实现，PC端通过控制箱控制继电器两端的电压。
更进一步的，CCD具有视频模式、截图模式、曝光模式，其中曝光模式可以对图像的通光量进一步的精确控制。
更进一步的，拼图为9张模式拼成一张图，以此增大CCD的面积，提高显微系统的精度。
更进一步的，对采集的图片，反向模拟整个光的传输过程，计算出被测物信息。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明控制工件台和CCD，采集九幅图无缝拼接成一幅图。
(2)本发明逆向菲涅耳变换，单次反演成像。
(3)本发明解相位恢复物体三维结构。
附图说明
图1为本发明的控制结构；
图2为本发明的控制软件界面；
图3为本发明的工件台位置移动过程；
图4为本发明的自动化控制流程。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面结合附图对本发明的工作原理、结构及具体实施方式进一步介绍。
如图1示出本发明提出的数字同轴全息控制系统的基本结构，PC与CCD 1、电路控制箱3均采用USB通信，系统利用软件对CCD的视频、截图、曝光、存储控制；以及通过电路控制箱对三维工件台2和激光器4的控制；软件核心是对图像进行光学反演推算得到测量物结构信息。CCD视频模式用于对光路中光学元器件和光强的调整，截图、曝光用于采集测量信息的图像。电路控制箱对激光器的通断控制、对三维工件台的三轴移动以及位置反馈控制。得到的图像进行逆向菲涅耳变换解析出其中所含的测量物信息。
如图2示出本发明的控制软件界面，主要分成四个部分，分别是通信连接、工件台移动、CCD操作、反演算法。第一部分中又包括控制箱串口、CCD串口等，当带电状态下，USB重新插拔时，只需要使用搜寻串口即可。第二部分主要有工件台复位、快速移动、定向移动、刷新光栅位置等操作。第三部分主要有视频模式、截屏、曝光以及图像保存相关操作。第四部分则是自动化的采集图片、图像拼接和反演成像。当然还有更多的指令，在图中“更多操作”那一栏，主要用于设置CCD的参数、光栅人为零点、激光挡光等操作。
如图3示出本发明的工件台位置移动过程，左下角为第一个位置，依次沿Y轴移动3个位置，然后X位置再增加一个。每次移动到设定的位置时，软件CCD曝光，保存图片。两个位置间的间隙需小于CCD像素间距，此处间隙不大于500nm。
如图4示出本发明的自动化控制流程，首先工件台复位，而后发送指令给控制箱移动工件台到第一个位置。到了之后软件控制CCD曝光保存图片，然后发送移动到第二个位置的指令，等所有位置的图片均已经采集之后，开始图像合成，进而开始反演推算出物体的结构信息。
本发明的主要操作步骤有以下几步：
一是光学调试：使用CCD操作的视频模式，调整光路结构，使其到达CCD靶面的光学视场达到预设效果，并控制电控箱调整CCD水平度，尽可能保证到达CCD的是均匀光；尝试曝光进一步细微调整采集图片的光线强弱，尽可能达到理想效果。
二是工件台调试：发送控制指令给电路控制箱，移动到位置5，CCD曝光；观察曝光图像，对比中心轴是否一致，若不一致则得出公差值，对所有位置进行修正。
三是采集图片：执行自动化采图会根据程序流程图开始工作，结束之后会自动保存图片地址。也可以手动控制电路控制箱和CCD，根据需要对某个位置的图片再次进行曝光，当然可以对所有位置一步一步曝光，最终采集到9幅图。
四是反演成像：反演成像会根据图片大小对物体进行重构，既可以用一幅图像进行重构，也可以用拼图的方式重构，后者重构的精度更高。反演算法会将图像转换成矩阵，执行去噪、去背景光、模拟光的逆向传播过程，最终推算出测量物结构信息。
本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。

Claims (9)

1.一种数字同轴全息显微控制系统，其特征在于，包括：PC与CCD(1)、电路控制箱(3)均采用USB通信，系统利用软件对CCD的视频、截图、曝光、存储控制；以及通过电路控制箱对三维工件台(2)和激光器(4)的控制；系统利用软件对图像进行光学反演推算得到测量物结构信息，CCD视频模式用于对光路中光学元器件和光强的调整，截图、曝光用于采集测量信息的图像，电路控制箱对激光器的通断控制、对三维工件台的三轴移动以及位置反馈控制，得到的图像进行逆向菲涅耳变换解析出其中所含的测量物信息。
2.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：PC与CCD、控制箱均采用USB通信，软件自动识别并存储CCD通信口、控制箱通信口的路径。
3.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：PC发送通信帧给控制箱，字符串至少包括一位起始“#”，一位命令“0-9”，一位设置“0-9”，一位符号“0-1”、可变长度的十进制数据“0-9”和一位结束“*”。
4.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：控制箱发送通信帧给PC，字符串至少包括一位起始“*”，一位通道“X/Y/Z”，一位空，可变长度的十六进制数据“00-ff”和一位结束“#”。
5.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：PC发送指令控制三维工件台复位、定向移动、快速移动以及刷新光栅位置。
6.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：激光器的通断采用继电器的方式实现，PC端通过控制箱控制继电器两端的电压。
7.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：CCD具有视频模式、截图模式、曝光模式，其中曝光模式可以对图像的通光量进一步的精确控制。
8.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：拼图为9张模式拼成一张图，以此增大CCD的面积，提高显微系统的精度。
9.如权利要求1所述的数字同轴全息显微控制系统，其特征在于：对采集的图片，反向模拟整个光的传输过程，计算出被测物信息。
CN201611093392.6A 2016-12-02 2016-12-02 一种数字同轴全息显微控制系统 Pending CN106791464A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611093392.6A CN106791464A (zh) 2016-12-02 2016-12-02 一种数字同轴全息显微控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611093392.6A CN106791464A (zh) 2016-12-02 2016-12-02 一种数字同轴全息显微控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106791464A true CN106791464A (zh) 2017-05-31

Family

ID=58915754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611093392.6A Pending CN106791464A (zh) 2016-12-02 2016-12-02 一种数字同轴全息显微控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106791464A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031636A (zh) * 2018-09-11 2018-12-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种具有可变分辨率的数字全息显微镜

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226052A (zh) * 2008-01-31 2008-07-23 武汉理工大学 三维微观形貌斜扫描方法及装置
CN102278952A (zh) * 2010-09-14 2011-12-14 北京航空航天大学 一种光滑反射表面的合成孔径数字全息三维显微观测装置
CN102427502A (zh) * 2011-10-01 2012-04-25 麦克奥迪实业集团有限公司 一种显微切片的扫描方法及扫描装置
US20130070251A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 University Of Massachusetts Systems and Methods of Dual-Plane Digital Holographic Microscopy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226052A (zh) * 2008-01-31 2008-07-23 武汉理工大学 三维微观形貌斜扫描方法及装置
CN102278952A (zh) * 2010-09-14 2011-12-14 北京航空航天大学 一种光滑反射表面的合成孔径数字全息三维显微观测装置
US20130070251A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 University Of Massachusetts Systems and Methods of Dual-Plane Digital Holographic Microscopy
CN102427502A (zh) * 2011-10-01 2012-04-25 麦克奥迪实业集团有限公司 一种显微切片的扫描方法及扫描装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于佳 等: "Digital In-line Holographic Microscopy for in-situ Investigation of Marine Plankton", 《激光生物学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031636A (zh) * 2018-09-11 2018-12-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种具有可变分辨率的数字全息显微镜

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9729765B2 (en) Mobile virtual cinematography system
Michel et al. Object 3dit: Language-guided 3d-aware image editing
CN113163130B (zh) 拍摄辅助设备、图像对采集的标定方法及电子设备
US10133256B2 (en) Information processing apparatus and method for calculating inspection ranges
CN108320334B (zh) 基于点云的三维场景漫游系统的建立方法
CN105069827A (zh) 一种采用三维模型处理视频转场的方法
CN106557004A (zh) 一种全息投影方法及装置
WO2022199539A1 (zh) 拍摄辅助设备、图像对采集的标定方法及电子设备
CN103763307B (zh) 一种带宽优化方法及系统
CN113409404A (zh) 基于新型相关函数约束的cuda架构并行优化立体变形测量方法
KR102585129B1 (ko) 픽셀 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 장치 및 방법
CN106791464A (zh) 一种数字同轴全息显微控制系统
US10101707B2 (en) Method and apparatus for correcting distortion of 3D hologram
CN111179322B (zh) 基于相机光源阵列的材质测量拍摄图像校准方法及系统
CN117152244B (zh) 屏幕间位置关系确定方法、装置、电子设备及存储介质
CN107492124A (zh) 鱼眼摄像头的平面标定装置
KR102561903B1 (ko) 클라우드 서버를 이용한 ai 기반의 xr 콘텐츠 서비스 방법
Wang et al. A pipeline for rapidly incorporating real objects into a mixed environment
CN112634439B (zh) 一种3d信息展示方法及装置
JP4899733B2 (ja) 画像生成方法及び画像生成システム
CN114627149A (zh) 时空轨迹模拟方法、装置、电子设备及计算机存储介质
CN203825855U (zh) 基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统
US9286716B2 (en) 3D graphics UI affordances based on behind-the-scenes simulation
Xue et al. Geometric calibration based on B-spline with multi-parameter and color correction based on transition template and decay function
CN113781618B (zh) 三维模型的轻量化方法、装置、电子设备和存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170531

RJ01 Rejection of invention patent application after publication