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光学量测系统
光學量測系統
邱煒哲,學生 杜建宏,學生 張東國,學生 陳子皓,學生
陸瑞強,助理教授
國立宜蘭大學 電子工程系
應用領域:
研究和開發
使用的産品:
NI IMAQ PCI-1411 影像擷取卡
LabVIEW 7.0 Express
IMAQ VISION
量測/測試所面臨之問題:
本研究之量測系統,由於將對所擷取的影像,有相當多的數位化處理,如濾
波、二極化等等,假如用其他語言程式撰寫,如C、C++等等則會在參數的定
義上傷透腦筋,如此一來,則在撰寫程式上需花費較多的時間,這便是我們必
須克服的問題。
應用方案:
我們在量測系統介面部分則使用Labview 7.0 Express 撰寫,因為Labview
7.0 Express 提供了許多的分析和資料顯示函數,使得我們減少了撰寫程式的時
間;而且資料容易視覺化的特性,也讓分析變的容易許多。
文章摘要
夲研究計畫係發展一套應用於光纖通訊及積體光學元件量測的電腦視
覺系統。該系統包括取像機構及影像處理機構;待測元件乃光纖、發光
二極體、或各種主動或被動之積體光學元件,透過取像機構獲得待測元
件之影像,輸入之影像處理機構中進行數位化之影像處理。目前此計畫
是先以光纖的量測為主,未來可針對其他光電元件之量測需求來增加其
功能。
1
主體文章
一、計畫緣由與目的
自從 1970 年代製作出低損耗的光纖以來,積體光學的發展便開始突飛
猛進。國內學術單位與產業界對積體光學的研究,近年來亦有豐碩的研
究成果。再者,目前國內廠商在發光二極體及雷射二極體等主動光源元
件的研發及製造上,亦在全球佔有一席之地,因其為光通訊、光儲存等
各種光學應用必備之元件,可配合我國最佔優勢之電腦資訊產業及新興
之通訊產業。然而,幾乎所有國內的廠商或研究機構均著重於各種光學
元件的研製方法或性能之提升,故各種量測系統均使用國外開發的產品
一套完整的量測系統包括取像用的取像裝置、影像擷取卡、與影像分析
軟體等,價格都不甚低。其不僅價格昂貴,且無法隨意地依個別使用狀
況加入或修改功能。此外,對於工廠內的操作人員或技職學校學生而言,
使用上的語言障礙亦造成學習上的一大困擾,故想發展出一套操作容易且
低價位的量測系統。
二、研究方法及步驟
硬體部分
先以現有的量測機構測試,將雷射所打出之光源輸入至光纖,再透過
CCD camera 經由影像擷取卡,將所擷取到之影像送至電腦,再透過軟體分
析影像,如下圖所示:
2
影像處理部份
軟體功能影像處理軟體,主要係將從影像擷取卡擷取而來之訊號
輸出顯像在監視器上,並進一步提供如波長、光場尺寸、光場模態等
光場特性之分析,在實作上,其亦能以硬體電路完成之。由於整套的
光學量測系統中,從光源、光學機構、取像裝置、訊號線至影像擷取
卡,甚至類比/數位轉換過程中均可能產生不被預期之訊號,亦即雜
訊,對量測之光學特性造成重大之影響。大致上雜訊可區分為背景雜
訊與脈衝雜訊兩種。背景雜訊在各頻率間都維持一相當穩定的振幅。
即使電路設備本身沒有任何故障,甚至隔絕外界的任何困擾,正常電
路中仍然存在一些脈衝雜訊。故這些雜訊的處理能力亦為此光學量測
系統所必備之能力之一,以能夠使所量測的如訊號消光比、光場形狀
等訊號能與電腦模擬(不含雜訊)之元件特性相比對。此外對於不同結
構的波導光強度的比較,例如直波導與彎曲波導的比較,若先將影像
經適當之影像處理,亦有利於實驗之量測。
一個基本的數位影像處理系統應包括電腦計算或儲存記憶單元,
以及顯像或紀錄單元。如果要處理自己擷取的影像,則必須再加入擷
取單元,如下圖所示。
數位影像處理架構
儲存記憶部分,以一個大小640*480 的8 位元影像約需要300KB 的
儲存空間。依照儲存時間的長短,儲存方式大致分為三類:
1.處理過程所需要的短暫儲存
2.經常需
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