Công nghệ LCOS là giải pháp kết hợp được giữa 2 công nghệ LCD và DLP. Bên trên lớp đế gương phản chiếu là lớp phủ thạch anh lỏng. Ứng với trạng thái đóng hoặc mở của thạch anh mà tia sáng nguồn được phản chiếu trên lớp đế gương hoặc không, tạo ra điểm sáng hoặc tối. Hơn nữa, việc chế tạo LCOS có thể thực hiện ngay trên những dây chuyền sản xuất vi mạch bán dẫn hiện có nên chi phí sản xuất dễ chấp nhận hơn [6].
Ưu điểm của LCOS
Ưu điểm lớn nhất của công nghệ LCOS là tạo được hình ảnh mượt, không hề lộ điểm và vượt qua cả chip DLP Mustang phân giải cao (1280x720). Độ sắc nét của LCOS trội hơn DLP đồng thời thể hiện màu tự nhiên hơn. Một điểm khác cũng hết sức quan trọng là máy chiếu LCOS hoàn toàn không gây ra hiện tượng vệt cầu vồng hay hoa mắt cho người xem.
Nhược điểm của LCOS
Điểm yếu hiện tại của công nghệ này là độ tương phản chưa cao: hiện mới chỉ đạt đến 800:1 trong khi công nghệ LCD và DLP hiện tại đã đạt đến 6.000:1. Ngoài ra, tuổi thọ bóng đèn LCOS còn đang ở mức 1.500 giờ và giá thay thế còn rất cao.
3.2. Phần mềm tạo ảnh chiếu 3.2.1. Cơ sở lý thuyết
Có thể biểu diễn cường độ của ảnh hình sin dưới công thức sau :[5]
255 2 2 ( 1) sin (1 sin( )) 2 n x n x p N (34) Trong đó N : số pha (N ≥ 3)
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 62 11BCTM.KH n = 1 N: chỉ số ứng với thứ tự ảnh dịch pha.
p : bước sóng (pixel)
k = 0 ÷ 255: giá trị cường độ sáng Imax theo độ nhạy của cảm biến CCD
3.2.2. Phần mềm
Trong luận văn này sử dụng phần mềm matlab R2011b để viết phần mềm cho chương trình.
a. Giới thiệu phần mềm matlab
Matlab là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán về kỹ thuật. Matlab tích hợp được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dụng cho người sử dụng. Dữ liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn cho phép người sử dụng có thể có được những ứng dụng sau đây:
Sử dụng các hàm có sẵn trong thư viện, các phép tính toán học thông thường Cho phép lập trình tạo ra những ứng dụng mới.
Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế. Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu.
Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh Cho phép phát triển,giao tiếp với một số phần mềm khác như C++, Fortran.
Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của MATLAB, các ứng dụng :
Matlab là một hệ thống tương giao,các phần tử dữ liệu là một mảng (mảng này không đòi hỏi về kích thước). Chúng cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến lập trình bằng máy tính,đặc biệt sử dụng các phép tính về ma trận hay vector và có thể sử dụng ngôn ngữ C hoặc Fortran lập trình rồi thực hiện ứng dụng lập trình đó bằng các câu lệnh gọi từ MATLAB
Hệ thống MATLAB
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 63 11BCTM.KH Đây là nơi đặt các thanh công cụ, các phương tiện giúp chúng ta sử dụng các lệnh và các file, ta có thể liệt kê một số như sau:
Desktop
Command Window
Command History
Browsers for viewing help
Thư viện, các hàm toán học: Bao gồm các cấu trúc như tính tổng, sin cosin atan, atan2 etc.., các phép tính đơn giản đến các phép tính phức tạp như tính ma trận nghich đảo, trị riêng, chuyển đổi furier ,laplace , symbolic library
Ngôn ngữ MATLAB
Đó là các ngôn ngữ cao về ma trận và mảng, với các dòng lệnh, các hàm, cấu trúc dữ liệu vào , có thể lập trình hướng đối tượng.
Đồ hoạ trong MATLAB
Bao gồm các câu lệnh thể hiện đồ họa trong môi trường 2D và 3D, tạo các hình ảnh chuyển động, cung cấp các giao diện tương tác giữa người sử dụng và máy tính.
Các chương trình cần thiết cho quá trình xây dựng phần mềm để chiếu ánh sáng cấu trúc bằng phương pháp máy chiếu :
Chương trình tạo ảnh hình sin.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 64 11BCTM.KH
3.2.3. Phần mềm tạo ảnh sin
a. Lưu đồ chương trình tạo ảnh Sin.
Hình 3.4. Lưu đồ chương trình phần mềm tạo ảnh Sin
Trên Hình 3.4 là lưu đồ của chương trình tạo ảnh Sin được lập trình bằng phần mềm Matlab. Nhập các thông số vào phần mềm:
- Nhập kích thước ảnh (Pic): chiều dài và chiều rộng ảnh (pixel) - Nhập bước sóng: Giá trị bước sóng của ảnh hình Sin (pixel) - Nhập số pha: Giá trị số pha (số ảnh tạo ra)
- Chọn loại ảnh Sin: Ảnh R, G, B, GS sẽ được tạo ra. - Chọn giá trị cường độ sáng của ảnh
b. Giao diện phần mềm tạo ảnh Sin
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 65 11BCTM.KH Trên hình 3.5: giao diện của phần mềm tạo ảnh Sin được viết bằng Matlab có các chức năng cơ bản theo thứ tự như sau:
(1): Ô nhập kích thước ảnh theo X và Y (pixel)
(2): Ô nhập bước sóng (pixel)
(3): Ô nhập số bước dịch pha.
(4): Nút chọn ảnh Sin hoặc ảnh nhị phân.
(5): Nút chọn ảnh R, G, B hoặc GS
(6): Nút tạo ảnh
(7): Nút lưu ảnh.
(8): Khung thể hiện ảnh Sin được tạo ra
c. Thực hiện tạo ảnh mẫu bằng phần mềm tạo ảnh Sin:
Hình 3.6: 3 ảnh hình sin bước sóng 30 pixel lệch pha nhau 120°.
Trên hình 3.6 là 3 ảnh R được tạo ra bằng phần mềm tạo ảnh Sin được lưu trên máy tính với các thông số là kích thước ảnh: 640 x 480 pixel; Bước sóng: 30 pixel; Số pha: 3.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 66 11BCTM.KH Trên hình 3.7 là 3 ảnh GS được tạo ra bằng phần mềm tạo ảnh Sin được lưu trên máy tính với các thông số là kích thước ảnh: 640 x 480 pixel; Bước sóng: 50 pixel; Số pha: 3.
3.2.3. Phần mềm xử lý cường độ. a. Lưu đồ chương trình:
Hình 3.8. Lưu đồ xử lý cường độ ảnh.
Trên hình 3.8 là lưu đồ của chương trình xử lý cường độ ảnh. Theo từng bước của phần mềm xử lý cường độ: chọn ảnh thu được từ camera cần xử lý, chọn vùng xử lý. Thông qua phần mềm xử lý cường độ sẽ xây dựng được đồ thị cường độ sáng của ảnh. Từ đồ thị rút ra các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của phương pháp (sự tràn ngưỡng làm mất giá trị đo…) qua đó điều chỉnh lại các thông số đầu vào của phần mềm tạo ảnh Sin (cường độ, bước sóng, loại ảnh…)
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 67 11BCTM.KH
Hình 3.9: Giao diện phần mềm xử lý cường độ ánh sáng
Trên hình 3.9 là giao diện của phần mềm xử lý cường độ ánh sáng được viết bằng Matlab. Theo thứ tự:
(1): Ô nhập kích thước ảnh (pixel)
(2): Nút load ảnh : ảnh hình Sin cần được xử lý cường độ ánh sáng
(3): Click : click chuột vào điểm trên hình cần xử lý cường độ
(4): Nút xử lý
(5): Biểu đồ biểu diễn cường độ ánh sáng sau khi xử lý. Trục X nằm ngang biểu thị độ dài (pixel), trục Y thẳng đứng biểu thị cường độ ánh sáng (theo giá trị độ nhạy ánh sáng của CCD)
(6): Nút Save: lưu trữ các thông số kết quả của quá trình xử lý cường độ ánh sáng của ảnh trên máy tính (File dạng tex)
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 68 11BCTM.KH
Hình 3.10. Cường độ của 3 ảnh lệch pha nhau 120° có bước sóng 50 pixel sau khi được xử lý bằng phần mềm
Nhận xét:
Giá trị cường độ ánh sáng thu được theo dạng hình Sin và đều có giá trị: 255 (đúng với giá trị cường độ ánh sáng cần tạo).
Cả 3 pha đều có kết quả bước sóng, 50 pixel (đúng theo bước sóng cần tạo).
Các vân trung tâm và các vân ở biên thì đều cho kết quả giống nhau cả về giá trị cường độ ánh sáng lẫn giá trị về bước sóng.
Có sự đồng đều tuyệt đối giữa cả 3 pha.
Với ảnh R, G, B, GS thì đều cho kết quả giống nhau.
Kết luận: Như vậy, chương này đã trình bày một cách cụ thể phương pháp tạo ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu thông qua các phần mềm tạo ảnh chiếu dạng Sin và phần mềm xử lý cường độ. Đây là cơ sở để tiến hành thực nghiệm chiếu ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu với ảnh Sin mẫu đã được tạo ra bằng phần mềm. Qua thực nghiệm ta có thể đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp này và đó là nội dung chính của chương tiếp theo.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 69 11BCTM.KH
CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM CHIẾU ÁNH SÁNG CẤU TRÚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÁY CHIẾU.
4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm chiếu ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu. chiếu.
Hình 4.1. Sơ đồ mô hình thực nghiệm.
Trên hình 4.1 là sơ đồ mô hình thực nghiệm phương pháp chiếu ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu, bao gồm: một máy chiếu sử dụng công nghệ DLP hoặc LCD, camera thu ảnh đặt trên cùng một giá với máy chiếu và cách máy chiếu một khoảng L1. Một đĩa tròn làm mặt phẳng chiếu vuông góc với phương chiếu của máy chiếu và camera được gắn cách cụm đầu đo 1 khoảng L0 = 400 mm.
L1/Lo = tgα (35) Hay L1 = Lo.tgα = 400.tg30° ≈ 230 (mm).
Hệ thống được kết nối với máy tính để điều khiển chiếu ánh sáng cấu trúc tới máy chiếu, chụp lại ảnh bằng camera và được lưu trữ trong máy tính để xử lý và đánh giá chất lượng của phương pháp.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 70 11BCTM.KH
4.2. Lựa chọn các thiết bị quang học. 4.2.1. Thông số của máy chiếu
Tiến hành thực nghiệm với 2 loại máy chiếu DLP và LCD
a. Máy chiếu HP ( Công nghệ DLP )
Loại máy chiếu: Máy chiếu HP AX325AA Các thông số cơ bản của máy chiếu:
o Độ sáng :100 lumens
o Tuổi thọ bóng :10.000 giờ
o Độ phân giải :SVGA (858 x 600)
o Độ tương phản :800:1
o Kích thước màn hình chiếu 15-60 inch
o Khoảng cách chiếu :2,6m
o Có thể zoom hoặc điều chỉnh độ sắc nét
o Adapter sạc giống như adater của máy tính Hp notebook,có thể dễ dàng thay thế bằng adater 65W tiêu chuẩn của HP
o Có cổng VGA Out
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 71 11BCTM.KH
b. Máy chiếu Sony ( Công nghệ LCD )
Hình 4.3. Máy chiếu Sony VPL-CX21
Thông số cơ bản của máy chiếu: Hãng sản xuất : SONY
Tỉ lệ hình ảnh : 4:3 Panel type : LCD
Độ sáng tối đa : 2100 lumens Hệ số tương phản : 400:1
Độ phân giải màn hình : 1024 x 768 (XGA)
Độ phân giải :
• SXGA • SVGA
• VGA～SXGA • VGA~UXGA • VGA～SVGA
Đèn chiếu : UHP tuổi thọ 500-3000 giờ; công suất 165/125W
Ống kính máy chiếu : F = 1.6 ~ 1.94 f = 18.8 ~ 22.6 mm Nguồn điện : • AC 90V-240V / 50-60 Hz Công suất tiêu thụ(W) : 220
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC PHẠM THÁI NINH 72 11BCTM.KH • Composite • S-video • Audio • RCA
Cổng kết nối PC :
• RGB • Audio • D-sub 15-Pin Độ ồn : 41db Kích thước (mm) : 273x52x210mm Trọng lượng : 1.9kg
4.2.2. Thông số của Camera
Camera dùng trong luận văn là model DFK 41BU02 của hãng ImagingSource, CHLB Đức. Đây là camera công nghiệp có độ ổn định cao khi làm việc và được hãng hỗ trợ các công cụ lập trình trong matlab cho phép điều khiển từ máy tính.
Hình 4.4. Camera DFK 41BU02
THÔNG TIN CHUNG
Định dạng video @ khung hình trên giây
1280x960 UYVY @ 7.5, 3.75 fps 1280x960 BY8 @ 15, 7.5, 3.75 fps
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 73 11BCTM.KH Độ nhạy sáng 0.15 lx
Độ rộng màu 8 bit
HỆ QUANG
Lọc hồng ngoại Có
Màn trập Có
Kích thước cảm
biến 1/2 "
Độ phân giải H: 1360, V: 1024
Kích thước pixel H: 4.65 µm, V: 4.65 µm Ngàm ống kính C/CS
NGUỒN ĐIỆN CẤP
Điện áp 4.5 to 5.5 VDC
Dòng tiêu thụ approx 500 mA at 5 VDC
KÍCH THƯỚC CƠ KHÍ
Kích thước bao H: 50.6 mm, W: 50.6 mm, L: 56 mm Khối lượng 265 g
CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN TAY
Tốc độ màn trập 1/10000 to 30 s Khuếch đại 0 to 36 dB
Offset 0 to 511
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 74 11BCTM.KH Cân bằng trắng -2 dB to +6 dB
CHỨC NĂNG TỰ ĐỘNG
Tốc độ màn trập 1/10000 to 30 s Khuếch đại 0 to 36 dB
Offset 0 to 511
Cân bằng trắng -2 dB to +6 dB
MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC
Nhiệt độ làm việc -5 °C to 45 °C Nhiệt độ bảo quản -20 °C to 60 °C Độ ẩm làm việc 20 % to 80 % Độ ẩm bảo quản 20 % to 95 %
4.3. Mô hình thực nghiệm thực tế
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 75 11BCTM.KH Trên hình 4.6 là mô hình thực nghiệm gồm các bộ phận:
(1): Máy tính xuất hình ảnh ra máy chiếu
(2): Máy chiếu
(3): Camera
(4): Bàn đặt chi tiết đo
(5): Máy tính xử lý hình ảnh từ camera
Hình 4.6: Ảnh chiếu thực tế
4.4. Thực nghiệm.
4.4.1. Mục đích thực nghiệm:
Tiến hành thực nghiệm với mô hình thực tế về chiếu ánh sáng cấu trúc bằng phương pháp máy chiếu thông qua phần mềm tạo ảnh Sin mẫu. Với các hình ảnh thu được từ camera, qua phần mềm xử lý cường độ, xác định được sự phân bố dạng Sin sau khi chiếu:
Sự phân bố do các màu.
Thay đổi cường độ ánh sáng khi chiếu, tìm ra giới hạn cường độ ánh sáng để không bị mất thông tin đo.
Sự giảm cường độ ánh sáng của các vân vùng biên so với vân vùng trung tâm.
Qua đó đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của phương pháp tạo ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu, các nguyên nhân gây nên cũng như giải pháp khắc phục cho từng nguyên nhân cụ thể để nâng cao chất lượng của phương pháp.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 76 11BCTM.KH
4.4.2. Nội dung thực nghiệm
Tạo các ảnh Sin mẫu với các kích thước khác nhau, bước sóng khác nhau, cường độ ánh sáng khác nhau, số pha là 3 bằng phần mềm tạo ảnh Sin trên máy tính và được lưu trữ trên máy tính làm thư viện ảnh thực nghiệm.
Từ máy tính chiếu ảnh Sin mẫu đã tạo được lên mặt phẳng chiếu bằng 2 loại máy chiếu đã chọn trên 3 nền chiếu khác nhau: trắng, xanh, ghi xám.
Dùng camera thu lại các hình ảnh trên mặt phẳng chiếu và được lưu trữ trên máy tính theo từng nhóm ảnh: kích thước, bước sóng, cường độ ánh sáng, màu sắc ảnh, nền chiếu.
Dùng phần mềm xử lý cường độ xử lý ảnh theo từng nhóm ảnh tương ứng.
Đánh giá các kết quả đạt được và nhận xét.
4.4.3. Tiến hành thực nghiệm.
Chụp ảnh nền ghi xám khi chưa chiếu ánh sáng cấu trúc.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
PHẠM THÁI NINH 77 11BCTM.KH Trên hình 4.7 là ảnh mà camera thu được trên nền ghi xám khi chưa chiếu ánh sáng cấu trúc.
Hình 4.8. Biểu đồ biểu thị cường độ của ảnh nền ghi xám
Trên hình 4.8 là đồ thị biểu diễn cường độ ánh sáng của ảnh nền mà camera thu được trên nền ghi xám.
Nhận xét:
Trên đồ thị xuất hiện 3 đường biểu thị của 3 màu R,G,B
Giá trị cường độ của 3 màu khoảng 50 theo độ nhạy của CCD camera.
Giải thích hiện tượng
Bản thân camera sử dụng là camera màu trên đồ thị có 3 đường cường độ của 3 màu R,G,B.
Ngay bản thân nền khi được chụp thì giá trị cường độ của 3 màu R,G,B