三线阵立体测绘相机光学系统的调焦分析

针对三线阵立体测绘相机CCD成像靶面偏离最佳像面位置,影响成像质量的问题,根据光学系统的设计参量,计算测绘相机的调焦准确度,分析像方远心光路对测绘相机调焦准确度及调焦对测绘准确度的影响.结果表明,光学系统的调焦范围为±2mm;当采用像方远心光路,在允许离焦的范围内进行调焦时,产生的投影畸变可忽略不计.调焦后光学系统的成像质量、畸变要求满足高测绘准确度要求.     

一种折反式光学系统的消杂光设计

针对一种折反式光学系统相机遇到的消杂光问题,根据杂光计算结果对相机进行了消杂光设计,通过试验对杂光计算结果进行了验证,试验结果与计算结果吻合,验证了消杂光设计的正确性。进行消杂光设计后,相机的杂光系数满足设计指标要求,有效地减小了杂光对图像质量的影响。     

大型航天三线阵立体测绘相机精度敏感因素的分析

大型航天三线阵立体测绘相机是由具有独立镜头的三个线阵相机组成的,三个线阵相机保持一定的位置关系是大型航天三线阵立体测绘相机的特点。分析了角位移和线位移对大型航天三线阵立体测绘相机的高程测量精度和平面测量精度的影响,获得了大型航天三线阵立体测绘相机设计制造中的敏感因素,为保证大型航天三线阵立体测绘相机测绘精度的实现,降低设计制造难度和成本指明了努力的方向。     

透射式光学系统杂光系数计算方法

在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设计提供参考.     

透射式光学系统杂光系数计算方法

在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设...     

温度对星载相机的影响和温控指标的制定

为了克服空间环境剧烈的温度变化,利用有限元模型分析计算了星载三线阵相机在不同温度状态下的镜面面型畸变与筒长变化,并用输出的泽尼克(Zernike)系数表示畸变,将得到的Zernike系数与筒长变化量拟合入CODE V光学设计软件,进一步分析了光学系统在不同温度状态下的调制传递函数(MTF)曲线的下降;结合目标光学参数提出2℃温控指标。针对轴向温差温控指标的各种温度水平制订实验工况,对星载三线阵相机分工况进行热光学实验,测得的实验室静态传递函数都达到或接近目标值0.2,将测得的MTF值和理论分析结果相比较,验证了温控指标与温控手段的合理性。     

大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制

空间相机用于对空间暗弱目标的探测与监视,视场外杂散光的进入会降低像面对比度,严重时甚至会导致相机无法工作。大视场光学系统对杂散光尤为敏感。针对此问题,本文以一大视场空间相机为例,分析其杂散光的来源,通过研究杂光传输机理并总结抑制措施。为满足其轻小型的指标要求,在尺寸限制下分别设计挡光环垂直光轴和倾斜的遮光罩及光阑等消杂光结构。TracePro软件仿真结果显示:倾斜挡光环遮光罩的效果更好,该结构在杂光抑制角外的的点源透过率(PST)均达到10~(-7)量级,系统至少可以满足6. 5星等目标的探测,验证本文消杂光结构方案的有效性,为后续的系统优化提供了一定的参考。     

天基红外探测系统的杂散光分析与计算

探讨了天基红外探测系统的杂散光来源,运用黑体辐射的理论分别对其大小进行了分析和计算。分析地气杂光在探测器靶面的辐照度时,通过在仿真软件中建立模型,应用追迹光线的方法得到了地气表面对相机所张的立体角,从而求出地气杂光在探测相机靶面上的辐照度,减小了计算的复杂度。然后对探测系统的噪声进行了分析,计算了某一个型号Sofradir焦平面器件的噪声等效辐照度(NEI),通过比较发现,杂散光在探测器靶面的辐照度远大于热像仪的NEI,必须对杂散光采取抑制措施。最后对地气杂光的抑制比和光学系统的致冷温度要求进行了分析,结论为系统的设计提供了参考。     

小型化全景系统的杂散光分析与抑制方法研究

由于全景环带光学系统的头部单元结构形式复杂,内部光路经过多次反射与折射,杂散光情况比较严重,因此全景环带光学系统设计过程中对杂散光的分析尤为重要。文中着重分析全景环带光学系统头部单元中产生杂散光的形式,对未经全景环带光学系统头部单元反射的杂散光建立消杂光数学模型,在此基础上对全景环带光学系统行了优化设计;对全景环带光学系统中头部单元胶合面反射的杂散光采用一种凸向像面的弯月胶合镜的形式进行抑制,并通过ASAP软件建模仿真。仿真结果显示,杂散光能量降低90%,证明采用的结构形式和消杂光数学模型有效地抑制了杂散光的产生。     

集成式双线阵立体测绘相机光学系统设计

针对双线阵立体测绘相机光学系统设计指标的要求,设计了一种三反离轴光学系统,并针对该光学系统的特点,对像质进行了分析.光学系统设计传递函数在0.6左右(在50lp/mm处),相对畸变小于3×10-4,校正绝对畸变小于20μm,相机在成像质量方面达到立体测绘的要求.同时,为了使相机在体积尺寸小、结构紧凑及轻量化等方面满足卫星平台的要求,采用了一种新型的光学系统布局,在减小双线阵立体测绘相机的体积、材料及减轻重量等方面,具有独特的优势;光学系统可以安装在同一机械结构体内,以利于采取有效的热控措施,将主镜以一定的交会角在同一基准上支撑、装调,所以它具有尺寸稳定性好,温度敏感度低等优点.     

光学镜头杂散光分布状态测试

围绕实际检验工作中遇到的问题,以及国家推荐标准GB/T 10899-2009光学系统杂（散）光测试方法中提出的要求,论述了对光学系统全视场杂散光系数进行测试的必要性以及测量方法,通过对现有杂散光测试装置的改造,实现了对光学系统全视场杂散光系数的测试,给出两种变焦距镜头全视场杂散光系数测试结果和分布状态曲线,得到结论:基本参数相近而型号不同的光学镜头,其杂散光系数和分布状态会存在很大的区别。光学与机械结构形式不同是造成该区别的主要原因。测试数据能对光学系统杂散光抑制能力的提高起到参考作用。     

激光准直系统中的杂散光分析与抑制

针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法,对准直系统进行分析,找到产生杂散光的主要原因,设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构,边缘杂散光抑制最大下限值为0.38%,平均抑制值5.68×10~(-4)%;以此模型为基础,进行了杂散光抑制实验。实验结果表明,带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光,保证了后续光学系统的功能实现,对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。     

一种双波段成像系统的红外通道杂散光分析

为全面分析杂散光对红外系统成像质量的影响,设计了可见波段0.4 μm~0.7 μm、红外波段3 μm~5 μm,视场角均为2.27°×2.27°的共孔径成像光学系统。分析了杂散光来源,分别研究了带内与带外杂散光对其红外通道成像质量的影响。对于带内杂散光,设计了消杂光结构,采用FRED软件模拟分析了带内杂光抑制能力,结果表明:带内杂散光得到较好抑制,其鬼像影响可忽略不计,太阳杂散光抑制水平PST达到设定的10-8阈值量级。对于带外杂散光,主要研究了1.064 μm和2.6 μm两个波长带外激光对红外成像系统的影响,并利用有限元仿真计算,结果表明:系统反射镜温升达到703 K时,向外发出较强带内红外辐射,到达像面的辐射功率为0.195 mW,可对红外成像面造成强烈噪声干扰。     

Simulation and assessment of stray light effects in infrared cameras using non-sequential ray tracing

In this article, we have evaluated the stray light effects in infrared cameras operating in the 3–5 μm waveband having cooled focal plane array detectors. A non-sequential ray tracing method is used to model the multiple reflections from polished lens surfaces as well as diffused scattering from rough mechanical surfaces inside the camera housing. The flux signature on the detector surface due to the self-emission of in-band radiation from the lenses and camera housing is calculated. The flux signature due to sources beyond the nominal field-of-view of the camera is also calculated. Light splitting into multiple diffraction orders from diffractive lens surfaces is taken into account both in the transmission and the reflection paths. The wavelength and angle dependent reflection coefficient of the anti-reflection coatings on the polished lens surfaces is taken into account. The effect of local heating of camera mounts on the stray light signature on the detector surface is also evaluated. The results show that using the non-sequential ray tracing method, useful predictions can be made for the stray light signature in the infrared cameras. Such calculations can be used to identify areas in the camera housing which need to be temperature stabilized to reduce their detrimental stray-light signature.     

目标光源差异对阵列式光谱辐射计测量的影响及紫外杂散辐射修正研究

应对气候变化预测与灾害天气防范等科学难题,空间观测领域提出高精度的光谱辐射度定标需求。阵列式光谱辐射计存在内部结构缺陷和光学元器件不理想等问题,导致杂散辐射,严重影响光谱辐射度测量结果的准确性。测量多种典型阵列式光谱辐射计的杂散辐射特性,考虑外场目标光源与实验室定标光源不一致对杂散辐射修正的影响,分别基于带通滤光片和可调谐激光器研究紫外杂散辐射修正方法。首先,利用不同光谱透过率的带通滤光片,测量可见及红外光谱辐射引起的紫外杂散信号。针对杂散辐射分布特点,建立数学修正模型,实现高效快捷的杂散辐射修正。地基验证场的光谱辐射亮度测量结果修正后,紫外杂散辐射信号显著降低。对于连续分布的宽谱段光源,带通滤光片修正法具有实验简便易行、测试过程高效等优点。然而,实现非连续分布或窄带光源的高精度杂散辐射修正存在困难。为此,建立基于可调谐激光器的杂散辐射测量系统,解决了各个像素点杂散辐射线扩展函数的测量难题。改变可调谐激光器的输出波长,精细化测量各个像素点的杂散辐射线扩展函数,再推导出杂散辐射信号分布函数,通过MATLAB软件将矩阵反演运算,得到各像素点的杂散辐射修正结果,实现杂散辐射的高精度修正。利用不同类型的阵列式光谱辐射计验证了该修正方法,对于非连续分布的窄带光源,测量结果修正后杂散辐射信号降低了一个数量级,并且谱线两边的杂散宽峰显著消除,大幅降低了紫外波段的测量偏差。针对不同光谱分布的光源,建立了两种优势互补的杂散辐射修正方法,有效改善了阵列式光谱辐射计的紫外测量结果偏差,进一步确保我国地球观测数据的准确性和国际等效互认。     

干涉成像光谱仪的杂散光分析

杂散光对光学系统的成像质量有严重的影响。从杂散光的定义出发,分析杂散光的来源,建立评价杂散光对系统影响的主要指标和点源透过率、杂散辐射比的数学模型,用TracePro对Fabry-Perot干涉成像光谱仪的杂散光进行分析和计算,通过在系统中增加遮光光栏能有效抑制系统中的杂散光,有效降低杂散辐射比。采用分析结果对Fabry-Perot干涉成像光谱仪的光机系统进行消除杂散光设计。     

多目标复合半实物仿真系统的杂散光分析

杂散光分析已经成为光学系统设计中必须考虑的关键因素之一。基于蒙特卡洛法,利用TracePro软件进行建模仿真,对多目标复合半实物仿真系统的杂散光进行了分析。仿真结果表明仿真系统的杂散光主要来自两方面:一是扩束光束经主反射镜边缘反射的未复合光束;另一个是由于仿真系统关键元件自发辐射产生的杂散光。根据杂散光系数和元件制冷温度的关系得出:当制冷温度为200 K时,仿真系统的杂散光系数小于2%。分析结果对导弹的多目标复合半实物仿真系统的设计具有重要的指导意义。     

基于亮度先验的星图杂散光噪声去除方法

针对地基可见光观测图像中存在的杂散光干扰问题,提出了一种基于星图亮度先验的杂散光噪声去除方法。首先,通过分析杂散光形成的原因及其在星图中的空间分布特征,建立星图在杂散光干扰下的退化模型;然后利用星图的亮度先验,估计大气的深度信息并去除分布不均的杂散光噪声;最后,在地基光学望远镜拍摄的实际星图上进行验证。与现有的算法相比,对于受不同程度杂散光干扰的目标,该方法在背景抑制和目标信杂比提升上均获得了更好的实验效果。其中,针对序列星图中信杂比为2.05以上的空间目标,处理后能够获得7.39以上的信杂比增益和1.92以上的背景抑制因子。