基于线阵TDI-CCD器件的扫描成像系统设计

提出了由步进电机控制振镜运转,基于线阵TDI-CCD相机的扫描成像设计方案.通过研究线阵TDI-CCD器件的结构与工作原理,得到对振镜扫描速率和相机行扫描速率进行同步的方法,实现了空间位置配准.采用EC-11相机进行成像实验,扫描成像系统输出了可辨别的图像.     

基于级联光栅的X射线相衬成像实验研究

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.     

远距离环状干涉条纹形成的初步实验

 针对远距离激光干涉成像中条纹的形成进行了研究。分析了成像所需条纹的特点，表明干涉条纹成像系统的带宽决定于条纹的空间带宽。讨论了传统的迈克尔逊干涉仪结构在激光干涉成像中应用的不足之处，并在迈克尔逊干涉仪的基础上，提出一种变形的光路结构，用于在远距离上形成圆对称环状干涉条纹，同时报道了利用该变形结构在约50m的距离上观察到的条纹，表明了该光路结构的可行性。     

高密度LED显示屏莫尔条纹抑制研究

为了抑制数码相机拍摄LED显示屏时图像中存在的莫尔条纹现象,对莫尔条纹产生的机理及其特性进行了理论分析。提出了利用多层散射膜抑制高密度LED显示屏莫尔条纹的方法。利用光学模拟程序对莫尔条纹抑制装置进行了仿真验证,对其中的关键参数进行了优化。利用优化后的莫尔条纹抑制结果在P2.5 mm 高密度LED显示样箱上进行了实验验证。实验观察结果与理论分析吻合,该装置可大幅度降低莫尔条纹的对比度,证明了方法的有效性。     

频谱搬移法提高成像分辨率的实验研究

 频谱搬移法是一种能使截止频率以外的目标频谱通过成像系统的高分辨率成像技术,其效果明显但实现比较困难。为验证其原理上的可行性以及为实际应用提供参考,提出了实现这种方法的一种实验方案。该方案将干涉余弦条纹场记录在干板上,形成余弦光栅,利用CCD摄像机透过此余弦光栅直接对目标物体成像。余弦光栅代替照射目标的干涉条纹场,实现对目标物体的频谱搬移;利用步进电机带动光栅的移动实现条纹场的扫描;一个用软件实现的1维低通滤波器与CCD摄像机组合成为光学成像系统。实验结果对比表明,该方法是可行的,并且能大幅度提高成像系统的分辨率。     

摆扫式TDI-CCD航空相机传感器MTF分析

TDI-CCD与普通线阵CCD相比具有很多优点,因而广泛应用于航空航天成像领域。在介绍TDI-CCD特点和摆扫式TDI-CCD航空相机扫描成像原理的基础上,分析了扫描像移的大小及行周期,推导出了由几何尺寸、电荷转移损失率、电荷分立运动、速度失配等因素引起图像传感器的调制传递函数退化表达式,给出了传感器线列方向和TDI方向的调制传递函数,提出了提高传感器调制传递函数的几种方法,对TDI-CCD航空相机整机设计提供了参考。     

线性相关计算形成数字剪切散斑相关条纹图

本文提出了用线性关计算法形成数字剪切散斑干涉纹的新方法，从理论分析和实验研究均证明，用该方法所获得的数字剪切散斑相关条纹图在图象监视器上易于观盾，条纹图象光强无直流分量影响且可见度较减模式要高，该新方法的采用为今后的条纹图象分析了奠定了基础。     

改进傅里叶变换轮廓术的测量算法研究

提出一种适用于更普遍情况的计算方法.推导了投影装置与成像装置双瞳不等高且双轴不共面时的条纹获取公式.推导出新的相位获取公式以及相位高度映射公式.使得系统可以在双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时进行正确的三维测量.与传统的傅里叶变换轮廓术(FTP)相比,该算法实验系统的搭建更容易,投影装置和成像装置的摆放位置町以随意移动以方便全场条纹的获取;与改进的傅里叶变换轮廓术(IFTP)相比,只需要对系统测量三个长度量,系统参量的获取更容易和准确,从而误差变小,测量结果更加接近真实.     

光电等厚干涉实验仪

应用CCD摄像和数字电子技术,研制了新型光电等厚干涉实验仪,不仅能将等厚干涉图像放大显示在监视器屏幕上,而且还可对图像进行数字化读数测量介绍了该仪器的结构和测量原理,以及使用该仪器做“用牛顿环法测透镜的曲率半径”实验的方法,并评定了测量结果．实验结果表明,该仪器不仅干涉条纹图像显示清晰,便于演示实验,而且操作简单,测量精度较高．     

基于F-P干涉仪溶液浓度微变量实时监测系统的研究

设计了一款基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪监测溶液浓度微小变化量的传感装置.利用光纤传输激光并用分体CCD采集图像,实现对溶液浓度的高精度微变化量的实时监控和测量.从理论上分析了F-P干涉仪干涉条纹的改变数目Δk与溶液浓度微变化量Δc(Δk)之间的关系,采用平面F-P干涉仪实现高精度测量溶液浓度微变化量的原理和可行性.在实验上构建了由He-Ne激光器、石英光纤、平面F-P干涉容器腔、面阵分体CCD、计算机等组成的实验监控与测量装置,对三组不同浓度的甘油溶液进行测量,通过观察干涉条纹的改变数目测定溶液浓度的改变量,用实验结果标定溶液浓度微变化量Δc(Δk)与干涉条纹改变数目Δk之间的数学解析式.实验结果表明:采用该系统可以监测到10-4量级的溶液浓度的变化值.     

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。     

四通道球面弯晶成像系统设计及实验研究

基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求,提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式,解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态,实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点,采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件,给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管,对单个通道进行了网格背光成像,获得的二维图像放大倍数为7.8倍,空间分辨率达到15 μm,初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合,能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。     

CCD相机动态传递函数核心测试设备的设计

高分辨率CCD相机的动态传递函数测试设备主要用在实验室条件时使用,模拟相机在飞行状态时地面景物的空间运动轨迹,综合评价相机系统在自身动态像移补偿、偏流角控制下的成像质量。与传统的静态传递函数相比,该项指标能够更好地反映CCD相机在实际工作状态下的成像质量。以动态传递函数测试的基本原理为基础,提出了系统中的关键测试设备—动态目标发生器的研制思路,并对设备的测试精度进行了分析,得到了动态目标发生器光学/机械系统的工程化设计方案。     

基于MTF的时间延迟积分CCD成像系统同步误差分析

通过像移调制传递函数MTF分析了TDI CCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响。为验证速度失配对TDI CCD相机成像质量的影响，针对应用环境，利用高对比度靶标对TDI CCD动态成像进行了仿真实验和动态测试，结果表明，在奈奎斯特频率范围内，只要将相机动态成像系统的同步误差控制在±2%的范围内，并使图像时钟处于连续多相的工作方式，就可以基本上消除同步误差对成像质量的影响。     

航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型

随着地面影像分辨力愈来愈高的要求,航天光学遥感器实时精确补偿摄影时地物产生的像移,已成为必需解决的关键技术之一。论述了航天光学遥感器在对星下点摄影时,通过建立从地面景物到像面的七个坐标系,进行14次线性变换,获得了具有15个参量的像面位置方程、像面速度方程,推导出像面上像移速度矢的计算公式,对影响像移速度矢的11个参量进行误差分配,以及应用蒙特卡罗法(统计试验法)进行误差综合。该理论方法已得到了实际应用,从获得的遥感图像达到的分辨力、奈奎斯特(Nyquist)频率处的传递函数、信噪比和平均灰度层次均充分证明了该研究结果的正确性。     

编码孔径光谱成像仪光学简化彗差对图谱反演误差分析

编码孔径光谱成像技术是近年来发展起来的一种新型光谱成像技术, 该技术在一次像面采用特定的编码模板对目标进行编码, 结合特殊的采样成像方式, 获得满足景物重构的采样数据量, 实现了空间信息和光谱信息的高精度重构, 具有高光通量、高信噪比等优势.但该技术实际的光学系统设计, 以及相应加工和装调过程中各种误差的存在, 将逐一传递反映到探测器精度与编码后图谱采样精度的不匹配, 这会引发最终重构图谱质量降低.本文侧重分析研究光学系统设计和研制装调中光学彗差相对设计值间存在的偏差, 通过几何光线追迹与波前像差联合计算的方法, 在成像面仿真出不同数值程度的彗差矩阵, 并以此来分析不同彗差下对重构图像质量的影响结果.并用其分析结论作为依据, 改进了编码孔径光谱成像仪的设计和研制, 提供了相应图像成像反演结果, 由此确保了编码孔径光谱成像仪的成像优势.     

高分辨率空间相机共轴三反光学系统实现形式研究

为了设计出高分辨率空间相机的光学系统,研究了反射式光学系统中存在次镜对主镜的中心遮拦等问题.通过对共轴三反射光学系统结构参数和最终视场在像面上的分布情况的分析,提出了半视场、全视场和环形视场3种光学形式,设计了焦距为3000mm、F数为10的3种形式的共轴三反光学系统.设计结果表明:3种共轴三反光学系统在有效视场角内成像质量均接近衍射极限,可以满足高分辨率空间相机不同的使用要求,指出半视场共轴三反光学系统适合于线阵CCD推扫成像,全视场共轴三反光学系统可用于面阵CCD凝视成像,环形视场共轴三反光学系统可实现一台相机上全色和多光谱成像的要求.     

基于一代像增强器的高分辨率X射线相机

为了实现在较低剂量下获得较高的分辨率,研制了一款价格低廉的X射线CCD相机。该相机使用硫氧化钆作为转换屏、经一代像增强器增强后的图像通过光锥耦合到CCD相机上;为了提高系统的光传输效率,提出了将像增强器输出直面板或倒像器直接更换成光锥,其小端直接同CCD相机耦合的方案;通过灰度分析计算对比度曲线,拟合得出系统的本征空间分辨率为13 Lp/mm;通过拍摄实际景物,可以清晰地看到其内部的细节,显示出比较好的图像质量。