动态MTF的数值计算与分析

受振动的影响,在积分时间内,光学系统成像是一个动态过程.对于动态成像,常采用动态调制传递函数(MTF)作为评价振动对像质影响的工具.针对动态MTF,提出一种适用于任意运动形式的数值计算方法,该方法还可以扩展到计算二维运动时的动态MTF.该方法可用于预估和评价动态成像系统的成像质量,计算的结果还可用于运动模糊图像的仿真与...     

正弦振动下动态调制传递函数分析与研究

振动导致航空相机成像分辨率下降,常采用动态调制传递函数(MTF)评价振动对成像质量的影响。根据线性光学系统的传递函数理论,针对任意频率的正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态MTF计算方法,并以奈奎斯特频率处动态MTF不小于0.9为条件,得出低频振动的振幅容限随频率增加而减小,高频振动的振幅容限为0.2 pixel。通过对刀口靶标进行正弦振动下动态成像实验,得出理论计算结果与实验结果间相对误差小于4.25%,相比以往相关文献的分析结果,计算精度最大可提高18.5倍,因此该方法可用于预估和评价振动环境下航空相机的成像质量,对视轴稳定系统的设计具有指导意义。     

高分辨率航空相机动态调制传递函数数值分析

航空振动是影响动态高分辨率航空相机成像质量的主要因素.利用"运动的概率密度函数相当于光学系统的点/线扩展函数"这一概念,采用光学传递函数的理论,并运用调制传递函数(MTF)作为评价像质的工具,得到了动态调制传递函数的一般表达式.详细分析线性运动、正弦规律变化的振动和随机振动对像质的影响,并用Matlab软件进行仿真分析.结果表明,得到的结论与其它相关文献的分析结果和理论相吻合的,而且该方法可以推广到二维运动形式下的调制传递函数分析.对振动下系统MTF 与静态情况下进行了实验比较,结果表明在相同奈奎斯特频率处下降0.3左右,与仿真结果一致.该方法可用于预估与评价航空相机和其他光电系统成像质量,该结果也可用于去卷滤波以实现图像复原.     

光电成像系统动态调制传递函数测量装置

在光电成像系统中,动态调制传递函数受到光学系统波像差、探测组件信号分辨率及传递特性以及载体运动引起图像模糊等环节对图像质量的综合影响,成为光电成像系统的重要参数之一。论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研制一种动态调制传递函数测量装置,其中光学准直系统焦距为10 000 mm,运动目标速度控制范围达到30 mm/s～5 000 mm/s,满足长焦距光电成像系统的动态调制传递函数测试。利用该装置进行了一系列的实验研究,结果表明,动态调制传递函数测量重复性优于0.01,测量不确定度达到U=0.05（k=2）。     

推扫式光电成像系统调制传递函数测试装置的设计

光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 m,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。     

湍流环境中水下成像系统的调制传递函数研究

为了研究湍流对水下成像系统的影响,搭建了一套光学成像实验系统,利用水泵和水槽制造流速可控的湍流实验区域,使用CCD对正弦条纹目标成像,并分析图像质量。通过对实验环境的控制,得到不同浑浊度和不同流速下的成像结果,并提取调制传递函数(MTF)对结果进行分析。结果表明,悬浮颗粒散射在整个空间频率上造成调制对比度下降;而湍流散射更容易造成高空间频率域的MTF下降;随着进水口处流速的增加以及水体衰减系数的增大,其MTF曲线加快衰减;在湍流环境下的成像,图像失真和分辨率下降由颗粒散射和湍流散射共同造成。     

光纤成像光谱仪中谱线畸变对调制传递函数的影响

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝,链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。它是二重采样系统,光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差,从而对第二次采样过程产生影响,导致调制传递函数(MTF)下降。从线扩散函数角度出发推导出采样过程光学传递函数,分析了谱线畸变对系统MTF的影响,建立了一套评价光纤成像光谱仪MTF的模型。该模型比狭缝型成像光谱仪MTF计算模型多了一项光纤积分MTF因子和一项由谱线畸变引起的对准偏差MTF因子,最后用该模型评价了某机载可见近红外波段光纤成像光谱仪MTF。MTF计算模型的推导和建立方法对计算二重采样系统光学传递函数有参考意义,能指导光纤成像光谱仪的设计。     

线阵CCD的调制传递函数

线阵CD作为成像器件得到了日益广泛的应用,因而研究线阵CCD的调制传递函数MTF显得非常必要和重要。本文分析线阵CCD动态MTF及静态MTF,并对其影响因素进行讨论。     

亚像元动态成像技术中系统调制传递函数的数值分析

亚像元动态成像技术是目前实现遥感器小型化非常有效的新方法,因而研究亚像元动态成像系统的调制传递函数MTF显得非常必要和重要.介绍了亚像元动态成像的基本原理及成像过程,指出了光程差对亚像元动态成像系统MTF的影响.对亚像元动态成像系统的MTF进行了数值分析,并指出了亚像元动态成像系统的成像质量及空间分辨率与一般成像系统相比较的优点.     

色散型成像光谱仪整机成像质量研究

根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性,提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function,MTF),通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案,并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF;狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF,两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。     

推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析

 根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明：对于像元为10 μm的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4, 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255;行频误差为1%及3%时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。     

振动对电视成像系统传递函数的影响研究

为了研究系统平台振动对电视成像系统传递函数的影响,通过将不同振动条件下系统的传递函数进行对比分析,利用能量积分法,建立系统平台在不同振动条件下系统传递函数仿真模型。利用快速反射镜系统和I SITE测量平台组合,对振动条件下系统传递函数进行测量和验证。仿真和实验数据结果表明:对于在研电视成像系统,当振动频率低于曝光频率时,随着系统平台振动频率的增加,系统传递函数的下降速度由静止时的0.167逐渐增加到0.237;当振动频率高于曝光频率时,随着系统平台振动频率的增加,系统的传递函数的下降速度波动性增加,并逐渐趋于在静止时的1.42倍附近。     

Forced vibrations of two nonlinearly connected solid waveguides under static load

Forced impact oscillations in nonlinearly coupled solid waveguides with nearly equal natural frequencies are examined using the harmonic balance method. A dynamic model is used to describe the process of ultrasonic micro-forging where the material to be worked is considered as a nonlinear connecting-link between the ultrasonic transducer and passive waveguide-reflector. The influence of the material properties (yield stress, stiffness of tool-workpiece contact, striker and blank geometries) and the processing conditions (amplitude of vibration, static compressive force, work rate) on the resonance characteristics of the vibratory system is taken into account. The resonance and antiresonance frequencies, boundaries of response stability, ranges of inphase and antiphase oscillations of impacting waveguides, and some other features of strongly coupled vibrators under impact loading are determined.It is shown also that the largest amplitude of impact oscillations can be attained only if the natural frequency of the ultrasonic transducer exceeds that of the waveguide-reflector. By measuring the dynamic drift in the unfastened ultrasonic unit, it is possible to control, directly in the course of ultrasonic micro-forging, the thickness of the metal workpiece. Calculated data are compared with the experimental results.     

单框架控制力矩陀螺转子动不平衡对遥感卫星成像的影响

分析了单框架控制力矩陀螺（SGCMG）转子在高速旋转时产生的动不平衡干扰力矩引起的星体颤振角和颤振角速度对TDI CCD相机成像的影响。通过坐标变换将转子坐标系下的干扰力矩转换至星体坐标系下的干扰力矩,将卫星姿态动力学方程计算出干扰力矩引起的星体颤振角位移和颤振角速度代入TDI CCD相机成像像移补偿模型;利用TDICCD相机像点与物点对应模型的仿真系统仿真了陀螺转子在不同转速下引起星体颤振角位移和角速度对相机成像的影响;最后,利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像质量。仿真显示：SGCMG转子在转速为3 000 r/min时,横向调制传递函数为0.997,图像互相关相似性测度为0.996 1;转速为6 000 r/min时,横向调制传递函数为0.928 3,图像互相关相似性测度为0.974 8。结果表明：SGCMG转子在高速旋转过程中引起的星体颤振角位移和角速度严重影响了TDI CCD相机的成像质量,应依据颤振的影响对SGCMG实施减震措施。     

双稳态结构中的1/2次谐波共振及其对隔振特性的影响

以典型的双稳态系统——屈曲梁结构为例,基于等效模型,结合解析、数值和实验手段,研究了双稳态结构中的1/2次谐波共振特性、演化过程、参数调节规律及其对隔振特性的影响.研究发现,当非线性刚度系数或激励幅值增加到一定程度时,系统会在一定带宽下产生显著的1/2次谐波共振;随着激励幅值增加,阻尼系统的1/2次谐波遵循“产生-增强-衰退-消失”的过程,该过程对峰值频率和峰值传递率有重要影响;适当提高非线性强度能有效改善双稳态结构隔振特性.针对双稳态屈曲梁结构开展的实验验证了1/2次谐波特性和隔振特性变化规律.     

The dynamic characteristics of harvesting energy from mechanical vibration via piezoelectric conversion

As an alternative power solution for low-power devices, harvesting energy from the ambient mechanical vibration has received increasing research interest in recent years. In this paper we study the transient dynamic characteristics of a piezoelectric energy harvesting system including a piezoelectric energy harvester, a bridge rectifier, and a storage capacitor. To accomplish this, this energy harvesting system is modeled, and the charging process of the storage capacitor is investigated by employing the in-phase assumption The results indicate that the charging voltage across the storage capacitor and the gathered power increase gradually as the charging process proceeds, whereas the charging rate slows down over time as the charging voltage approaches to the peak value of the piezoelectric voltage across the piezoelectric materials. In addition, due to the added electrical damping and the change of the system natural frequency when the charging process is initiated, a sudden drop in the vibration amplitude is observed, which in turn affects the charging rate. However, the vibration amplitude begins to increase as the charging process continues, which is caused by the decrease in the electrical damping （i.e., the decrease in the energy removed from the mechanical vibration）. This electromechanical coupling characteristic is also revealed by the variation of the vibration amplitude with the charging voltage.     

红外成像系统最小可分辨温差影响因素分析

针对某多波段共口径长焦距反射式红外成像系统最小可分辨温差(minimum resolvable temperature difference,MRTD)在实验室条件下的测试结果偏离设计值这一现象,从MRTD的定义入手,详细梳理了观察频率响应、视觉角、采样相位传递函数等因素对MRTD测试结果的影响,重点分析了采样相位对红...