介绍了一种基于MTF的显微物镜景深仿真测量方法。将光学设计CAD软件中评价像质的光学传递函数MTF移植用于景深仿真测量之中。即人为设置离焦方式,通过增大或减小物镜工作距离来察看显微物镜的MTF值改变情况,当MTF值降低到一定程度刚刚不能满足成像质量要求时,该工作距离即临界最大或临界最小工作距离,两者差值即为显微物镜景深仿真测量值。

在透镜成像模型产生模糊圈计算的基础上,利用镜头景深效果模拟改进算法实时地模拟出景深效果。本算法利用GPU的可编程性和高效计算性质,根据镜头的光圈,聚焦等计算出的模糊因子来决定像素的扩散程度,建立扩散模型。这个扩散模型是根据镜头光圈特性确定的,获得扩散模型后计算出扩散算子,利用此算子去遍历计算整个图像,并在模糊因子的判断值下进行融合,最终模拟出真实的镜头景深效果。

讨论了在什么情况下数码相机与传统135相机成像效果相同，推出了二者景深相同的条件，给出了在远摄和近摄时二者的景深变换关系．

为了改善传统刀具测量仪重复测量精度低的问题,对刀具测量仪的视觉系统进行了深入的分析,并设计了刀具测量仪的视觉系统。通过光路分析和理论计算确定系统的指标参数,并以此参数为依据结合ZEMAX光学软件对视觉系统进行了详细的设计,通过控制景深大小来提高系统重复性。实验表明,应用这套视觉系统的刀具测量仪重复测量精度达到±2μm。

研究了利用辅助可见光系统精确瞄准KB显微镜物点的方法。设计了工作能点8 keV的周期多层膜KB显微镜系统，通过光线追迹和X射线成像实验，得到5 μm空间分辨率所对应的视场和景深，进而计算出诊断实验对应的指向和景深要求。基于KB系统的物像关系和精度要求，设计了辅助的可见光成像系统，实现了可见光系统与X射线KB系统间的等效瞄准，利用耦合好的系统进行了瞄准和X射线成像实验。实验结果表明：辅助光路可以实现±20 μm的垂轴面和±300 μm的轴向定位精度，满足KB显微镜的瞄准要求。