臺灣博碩士論文加值系統

摘要
光學訊號處理具有快速類比乘積和平行運算的能力，所以利用光學訊號處理的光學系統具有即時性處理大量資料的優點。
本論文之研究目的在於改進非相干光學相關器系統(Incoherent optical correlator)性能，完成此系統更容易操作的視窗操作程式，並有效的降低系統成本，使非相干光學相關器系統更具有推廣的價值，同時利用移動待檢測矩形物件的方式，藉助簡易式非相干光學相關器系統取得相關函數波形，完成待檢測矩形物件寬度及傾斜角度之檢測。
簡易式非相干光學相關器系統，硬體設備包括了非相干光學相關器、寬頻帶電流放大器、光感測器、簡易式數位類比資料轉換卡、簡易式空間光濾波器、個人電腦、螢幕、操作軟體與光源等。
實驗中分別以日光燈管及燈泡作為光源，對待檢測矩形物件進行寬度及傾斜角度檢測，可檢測達0.8 ㎜細微寬度的矩形物件，當系統以燈泡作為光源進行檢測矩形物件傾斜角度時，可達到解析矩形物件傾斜5度角的細微角度。此一結果甚至超越了部分以雷射作為光源的光學相關器系統，這是因為簡易式空間光濾波器的遮光與透光效率分別為0%與100%，以及直接將簡易式空間光濾波器設計成兩個鏤空圖罩而非單獨一個鏤空圖罩，及使用燈泡作為光源能有效的降低電源的120 Hz交流轉換時間所引起的雜訊。此外，我們也證明利用日光燈管作為光源時並不適合用於檢測矩形物件的傾斜角度。
在本論文中並撰寫一個相關函數數值模擬程式，將數值模擬程式所得到的相關函數波形，與利用相關函數為理論基礎所架構的簡易式非相干光學物空間器所得到的實驗結果進行驗證比對。

Abstract
The optical signal process is equipped with abilities of speedly analogy product and parallel process. Therefore, with help of optical signal process, the optical system has the advantage to deal with the real time massive data.
The purpose of the thesis research is to improve performance of the existing incoherent object spatial correlator system structure. To complete this system is more facile to friendly operate interface upon windows platform, and more effective to reduce the system cost. This will make incoherent optical correlator more valuable to be extended. In the meantime, the type of moving tested rectangle objects with the simple type of incoherent optical correlator is adopted to obtain the relevant functions of waveform. The test of rectangle testing objects’ width and tilt angle is completed.
The hardware of simple system is include simple incoherent object spatial correlator, wide bandwidth amplifier, photon detector, simple digital convert analog card, simple spatial light filter, personal computer and light source.
The width of the testing rectangular objects will be up to 0.8mm when the width and tilting angle of the testing rectangular objects are tested with the light sources of bulb light and fluorescent light experimented individually in the laboratory. The microscope-tilting angle of 5 degree will be reached in the analysis of the rectangular objects, when the bulb light is selected for the system in the experiment lab. This outstanding result even surpass some experiments selected by Laser as the light source in the relevant Optical Correlator system because the light absorbed and light transmitted efficiency of simple type of spatial light filter is 0 % and 100% individually. In addition to above reason, also there are more reasons that the simple type of spatial light filter is directly designed into two porous covering instead of single porous covering, and the bulb light is selected as light source to effectively reduce the miscellaneous signal caused by 120 Hz.Timing alternate transformation of power source. Except these, we also proved that the fluorescent light is not suitable in the test of tilting angle of rectangle object.
In this thesis the simulation program to relevant functions was proved and compared with the results between the relevant function waveform obtained from the simulation program and the experimented result obtained from simple type of non-relevant optical spatial object constructed by the relevant functions of fundamental theory.

摘要……………………………………………………………………i
Abstract………………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………………iii
目錄……………………………………………………………………vi
圖目錄…………………………………………………………………ix
表目錄…………………………………………………………………xiii
第一章、緒論………………………………………………………1
第二章、 應用理論基礎……………………………………………3
2.1 相關函數…………………………………………………………3
2.2 矩形物件寬度檢測之計算法……………………………………4
2.3 矩形物件傾斜角度檢測之計算法………………………………6
第三章、 實驗系統架構與建立……………………………………8
3.1 實驗系統原理簡介………………………………………………8
3.2 實驗系統設計與建立……………………………………………8
3.3 簡易式非相干光學相關器系統組件說明………………………9
3.3.1簡易式非相干式光學相關器…………………………………9
(i) 成像透鏡……………………………………………………10
(ii) 積分透鏡…………………………………………………10
(iii) 簡易式空間光濾波器設計與製作………………………10
3.3.2 光感測器……………………………………………………11
3.3.3 寬頻帶電流放大器…………………………………………11
3.3.4 簡易式數位類比資料轉換卡之設計………………………11
3.3.5 光源…………………………………………………………11
3.3.6 X-Y-Z 步進馬達驅動平台…………………………………12
3.3.7 個人電腦……………………………………………………12
3.4 視窗作業之操作軟體設計……………………………………12
第四章、 實驗方法與步驟…………………………………………15
4.1 實驗前的準備步驟……………………………………………15
4.2 直接量測矩形物件的寬度值…………………………………16
4.3 視窗作業之操作軟體的操作、光信號擷取及儲存…………16
4.4 光源穩定度量測的實驗步驟…………………………………17
4.5 移動待檢測矩形物件進行物件寬度檢測……………………18
4.6 移動待檢測矩形物件進行物件傾斜角度檢測………………19
第五章、 實驗結果與分析………………………………………21
5.1 光源穩定度量測的實驗結果與分析……………………….21
5.2 直接量測待檢測矩形物件實際寬度之結果與分析…………21
5.3 尺寸與pixel的數值轉換……………………………………22
5.4 移動待檢測矩形物件進行物件寬度檢測之實驗結果………23
5.4.1 以日光燈管作為光源…………………………………23
5.4.2 以燈泡作為光源………………………………………23
5.5 移動待檢測矩形物件進行物件傾斜角度檢測之實驗結果…24
5.5.1採用日光燈管光源進行傾斜角度檢測.………………24
5.5.2採用燈泡光源進行傾斜角度檢測.……………………24
第六章、 數值模擬………………………………………………26
6.1 矩形物件之相關函數波形的數值模擬………………………26
6.2 模擬一次微分後的相關函數波形……………………………26
6.3 模擬九點濾波法濾波之後的相關函數波形…………………27
6.4 模擬矩形物件向左及向右傾斜一至五度角之最大相關函數值的差異量……………………………………………………………………27
第七章、 討論、結論與未來展望…………………………………28
7.1 討論……………………………………………………………28
7.2 結論……………………………………………………………30
7.3 未來展望………………………………………………………31
參考文獻……………………………………………………………70
附錄圖1 optic_main 視窗操作軟體程式…………………………71
附錄圖.2 optic_angle 視窗操作軟體程式………………………74
圖目錄
圖2.1 矩形的相關函數運算…………………………………………33
圖2.2 進行標準物件傾斜角度之檢測………………………………36
圖3.1 系統簡介圖……………………………………………………37
圖3.2 簡易式非相干光學相關器內部工作原理……………………38
圖3.3 簡易式非相干光學相關器系統架構圖………………………39
圖3.4. 簡易式空間光濾波器之鏤空圖罩……………………………40
圖3.5 簡易式非相干光學相關器……………………………………41
圖3.6 積分透鏡………………………………………………………42
圖3.7 正中間的部分為簡易式空間光濾波器………………………42
圖3.8 光感測器的中央部分則為作用區……………………………43
圖3.9 寬頻帶電流放大器……………………………………………43
圖3.10 簡易式數位類比資料轉換卡………………………………44
圖3.11 Philips PL-S 13 W 日光燈源……………………………44
圖3.12 X-Y-Z步進馬達驅動平台……………………………………45
圖3.13 X-Y-Z步進馬達驅動平台控制器……………………………45
圖3.14 AMD-K6Ⅱ-300個人電腦……………………………………46
圖3.15 簡易式數位類比資料轉換卡電路圖…………………………47
圖4.1 製作待檢測矩形物件層次圖…………………………………..48
圖4.2 EAN-13碼放大圖…………………………………..…………..48
圖 4.3 EAN-13條碼之待檢測物件一…………………..……………49
圖 4.4 EAN-13碼之待檢測物件二……………….………………….49
圖 5.1 兩支日光燈管光源訊號之波形………………………………50
圖 5.2 一個鎢絲燈泡光源訊號之波形………………………………50
圖 5.3 三個鎢絲燈泡光源訊號之波形………………………..……..51
圖5.4 以日光燈管為光源,檢測標準物件之實驗結果……..………..52
圖5.5 以燈泡為光源,檢測標準物件之實驗結果……………….……52
圖5.6 以日光燈管為光源,檢測待檢測矩形物件一的寬度實驗結果.53
圖5.7 以日光燈管為光源,檢測待檢測矩形物件二的寬度實驗結果.53
圖5.8 以燈泡為光源,檢測待檢測矩形物件一的寬度實驗結果…….54
圖5.9 以燈泡為光源,檢測待檢測矩形物件二的寬度實驗結果…….54
圖5.10 以燈泡為光源,標準物件之傾斜角度為0度的實驗結果…..55
圖5.11 燈泡為光源,標準物件向右傾斜5度的實驗結果………..….55
圖5.12 燈泡為光源,標準物件向左傾斜5度的實驗結果………..…56
圖6.1 兩矩形函數進行相關運算之數值模擬………………….…….57
圖6.2 相關函數進行一次微分之數值模擬…………………………..57
圖6.3 相關函數進行九點濾波之數值模擬…………………..………58
圖6.4 具有傾斜角度的兩矩形函數進行相關運算之數值模擬…..…58
圖7.1 光源為日光燈管的條件下，進行檢測標準物件寬度的檢測值分佈圖，檢測值的單位(pixel)………………………………….………..59
圖7.2 光源為日光燈管的條件下，進行檢測待檢測矩形物件一寬度與待檢測矩形物件二寬度的檢測值分佈圖，檢測值的單位(mm)……..59
圖7.3 光源為鎢絲燈泡的條件下，進行檢測標準物件寬度的檢測值分佈圖，檢測值的單位(pixel)………………………………..…………..60
圖7.4 光源為鎢絲燈泡的條件下，進行檢測待檢測矩形物件一寬度與待檢測矩形物件二寬度的檢測值分佈圖，檢測值的單位(mm)..……60
圖7.5 光源為鎢絲燈泡進行標準物件之傾斜角度檢測，上方為向左傾斜5度角，中間為0度角，下方則為向右傾斜5度角…………..….61
圖7.6 光源為日光燈管進行標準物件之傾斜角度檢測，上方為向右傾斜5度角，下方則為0度角……………………………………..…….61
表目錄
表1：標準物件之寬度檢測的實驗結果…………………………..….62
表2：待檢測矩形物件一之寬度檢測的實驗結果……..….………….63
表3：待檢測矩形物件二之寬度檢測的實驗結果……………………64
表4：標準物件之寬度檢測的實驗結果………………………………65
表5：待檢測矩形物件一寬度檢測的實驗結果……………….……..66
表6：待檢測矩形物件二寬度檢測的實驗結果…………..………….67
表7：標準物件之傾斜0度角檢測……………………………………..68
表8： 標準物件向左傾斜5度之檢測……………….………………68
表9：標準物件傾斜0度角之檢測………………………..………….69
表10：標準物件向右傾斜5度角之檢測………………….………….69
表11：標準物件向左傾斜5度之檢測……………………………….69

參考文獻
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