杆箍缩二极管X射线焦斑的成像法测量

 X射线源的焦斑尺寸是反映杆箍缩二极管射线源成像性能的重要参数。利用针孔成像法对MeV级脉冲X射线源的焦斑进行了2维图像测量。厚针孔采用直孔段加单锥体结构,直孔段孔径为0.2 mm。对于0.5 MeV的X射线,5倍成像倍率下调制传递函数值为0.5时空间分辨达到2.0 lp·mm^-1。图像采集系统由闪烁体、物镜和CCD相机组成,物镜的成像倍率约0.34。实验结果经过模糊校正后,得到了焦斑的图像和调制传递函数。根据调制传递函数值为0.5时对应的空间频率值,给出X射线源焦斑的尺寸。阳极杆直径为1.2 mm时,X射线源焦斑的高斯分布等效直径为0.86 mm。     

Spectacle-type wearable display

A holographic spectacle-type wearable display (SWD) is proposed. In the proposal, partial coherent illumination and large-off axis hologram are applied to the optical layout in order to enhance resolution and simplify the optical system. The SWD bench model consists of six optical components, that is, LED light source, graded index (GI) lens, pinhole, hologram, substrate (spectacle glass), and test target. Here, the thickness of the spectacle glass fabricated is about 5 mm. The resolution of its reconstruction image on the bench model is measured by using a CCD camera. The MTF measured on SWD bench model is not less than 0.5 in spatial frequency 40 lp/mm, experimentally. Its value is enough resolution to display SXGA level. It is expected that the proposed optical system is useful as a wearable computer display unit.     

CCD立靶光源适用性的图像判定技术

针对CCD立靶在室外自然环境下和配有主动光源的工程应用,提出一种基于背景图像分析的光源适用性判定方法。在图像采集与实际测试状态一致的条件下,采集无目标背景图像,通过数字图像处理,确定采集视场内各个位置处图像的灰度变化范围f及灰度均值fmean,若背景图像中各个像元的fmean2f,即认为CCD立靶可以对目标图像进行可靠识别。实验室及外场CCD立靶应用实验结果验证了该判据的有效性和可靠性。     

Optical design of high performance con-focal microscopy with digital micro-mirror and stray light filters

This research proposes a newly developed stray light filter in order to eliminate stray light, which otherwise might severely reduce the performance of the con-focal microscopy presented in this research. First, an optical design for con-focal microscopy with a digital micro-mirror device (DMD) is illustrated; second, a newly developed stray light filter is presented, which functions to eliminate possible stray light and ghost images without any sacrifice of luminance. It indicates that not only can the optical system be much simplified but also that its resolution could be one step higher, because the system employs neither a pinhole nor a CCD camera lens. Experimental results are shown in the paper, demonstrating an increase in contrast of up to 60%.     

平顶线结构光的中心检测算法及光刀平面标定

针对传统线结构光光刀平面标定方法测量精度不高,应用范围小的问题,提出基于平面标靶的线结构光系统光刀平面标定,对无激光的标靶图片进行迭代摄像机标定,有激光的标靶图片进行光刀平面标定.提出光强符合均匀分布的平顶激光检测中心算法,将平顶激光建模为矩形的台阶函数,估计背景亮度和前景亮度,确定亮条纹宽度,再将窗口内的有效像素参与重心计算,得到光条纹中心.用该算法对不同噪声及不同量块的图片进行处理,结果表明,处理后图像的均方根误差分别在0.149pixel和0.176pixel内,表明该算法抗噪声能力强、精度高.用该算法提取光条中心,计算光条在标靶上的位置,根据至少两个姿态下的光条中心三维点,基于最小二乘法拟合光刀平面.通过迭代摄像机标定和光刀平面标定,利用三角测量法,在立体视觉模型下获取物体的三维点云数据.实验测量两个距离为100.5mm的标准球,相机与标准球距离为500mm,比较两球心距离与标准距离,测得平均误差为0.236mm.表明平顶激光检测中心算法切实可行,光刀平面标定方法基本满足要求.     

漫透射成像法激光强度时空分布测量装置

 提出用CCD漫透射成像法测量激光强度时空分布和激光功率,给出了测量原理, 简要叙述了装置总体结构,介绍了测量装置各部分,给出了散射屏的散射特性,重点分析了光路布局、镜头焦距、光圈、景深、滤光片的参数选择,介绍了数据处理软件,给出了激光强度分布测量实验结果。结果表明：漫透射成像法测量激光强度时空分布是可行的,该装置测量强度分布分辨力高达5 mm;测量功率准确、可靠,测量不确定度小于6%,使用方便,实现了在小空间内对大光斑进行功率和强度分布的同时准确测量。     

高能X射线源焦斑尺寸的时间分辨诊断

将门控分幅相机与快闪烁晶体结合,构成时间分辨X射线诊断系统,对神龙一号直线感应加速器产生的高能脉冲X射线源焦斑进行了测量,在时间间隔为10 ns的情况下,获得了焦斑尺寸随时间的变化曲线。在此基础上,设计了单像素尺寸为0.78 mm×0.78 mm的LYSO闪烁晶体阵列,并进行了X射线照射晶体阵列发光的初步实验,结果表明该阵列可用于高能X射线源焦斑的时间分辨诊断,并能显著提高成像的空间分辨力。     

基于掩膜的光场成像仿真及采样研究

从原理上分析了掩膜的光场成像特点,通过建立光场成像的计算机仿真模型,模拟四维光场的获取,并通过数字对焦算法获得离焦物体的清晰图像.同时利用采样定理分析了孔径采样密度对数字对焦图像的影响,计算出合适的采样间隔对仿真模型的复杂度进行优化.     

Experimental system of coupled map lattices

We design an optical feedback loop system consisting of a liquid-crystal spatial light modulator (SLM), a lens, polarizers, a CCD camera, and a computer. The system images every SLM pixel onto one camera pixel. The light intensity on the camera pixel shows a nonlinear relationship with the phase shift applied by the SLM. Every pixel behaves as a nonlinear map, and we can control the interaction of pixels. Therefore, this feedback loop system can be regarded as a spatially extended system. This experimental coupled map has variable dimensions, which can be up to 512 by 512. The system can be used to study high-dimensional problems that computer simulations cannot handle.     

Coherent imaging of extended objects

When used with coherent light, optical imaging systems are inherently unable to reproduce both the amplitude and the phase of a two-dimensional field distribution. This is because their impulse response function varies slowly from point to point, a property known as non-isoplanatism. For sufficiently small objects, this usually results in a phase distortion and has no impact on the measured intensity. Here, we show that the intensity distribution can be dramatically distorted when extended objects are imaged. We illustrate the problem using two simple examples: the pinhole camera and the thin lens. The effects predicted by our theoretical analysis are confirmed by experimental observations.     

Electronic imaging using a logarithmic asphere

Transmission functions are derived that are valid in the nonparaxial case for a class of lenses that will image a continuum of points along an optical axis to a single image point. This lens, which we call a logarithmic asphere, is then used in a digital camera. The resolution of the camera is limited by the pixel size of the CCD; i.e., it is not diffraction limited. Digital processing is used to recover the image, and image-plane processing is used for speed. We find a tenfold increase in the depth of field over that for the diffraction-limited case.     

微聚焦菲涅耳波带板聚焦特性研究

通过激光轰击Ti平面靶,用微聚焦菲涅尔波带板做成像器,测到了在放大倍数为66倍时X射线焦斑图像.利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分公式数值模拟了微聚焦菲涅尔波带板的点扩展函数,模拟结果表明该微聚焦菲涅尔波带板在两倍焦距处强聚焦.改变物距和像距但保持透镜的物像距公式,也可得到类似的结果.模拟和实验表明微聚焦波带板可以应用于X射线点对点成像,实现激光等离子体X射线高空间分辨成像. 关键词： 菲涅尔波带板 Fresnel-Kirchhoff衍射 数值模拟 点扩展函数     

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。     

基于液晶局部选通系统的硬件算法的研究

鉴于CCD相机在强光照射时会产生光晕,CCD敏感面像素之间互相影响,进而导致成像模糊不清,提出一种克服光晕现象的像质增强算法.利用HTPS(高温聚硅)液晶具有可实时控制各像素光透过率的特性,使液晶和主CCD由光纤光锥进行像素一对一耦合.用Cyclone II芯片作为图像处理单元,测光CCD采集图像信息,控制液晶改善图像质量.实验结果表明,该系统能够精确控制HTPS液晶上每个像素的透过率,使CCD相机能在强光下正常成像,其灰度分辨能力提高了1倍,从而提高了图像的清晰度.     

兆线元EBCCD微光探测系统

研发了一种兆线元EBCCD微光探测系统。该系统采用了俄罗斯生产的电子轰击CCD传感器,该传感器为倒像式静电聚焦系统,CCD为背照式1000×1000像元,传输模式为帧传输。为了获得高质量的图像,采用了多重滤波、自动去背景噪声以及帧叠加的方法。该系统能在10-5lx照度条件下得到较好的视频信号。该系统具有很高的灵敏度和分辨力,与ICCD微光摄像机作了比较。结果表明,电子轰击CCD微光成像系统性能较为理想。     

Measurements of the thickness distribution of thin films with a slit-beam-profile reflectometer

The thickness distribution of single-layer thin films is measured with a slit-beam-profile reflectometer. A convergent slit beam generated by a cylindrical lens is projected onto a specimen. A CCD chip with a pixel matrix of 512 x 480 is used to detect the intensity distribution of the reflected beam, which is passed through another cylindrical lens. By analyzing the picture taken by the CCD, we can obtain information about the angular reflectance at each reflecting point along the slit line, and the thickness or the refractive index at each point can be evaluated by mathematical fitting to a reflectance formula.     

单相机离焦法测量粒子三维运动轨迹

本文提出一种测量空间粒子三维运动轨迹的新方法。该方法是当利用双孔透镜成像时,单点粒子在离焦光学成像系统中会形成包含粒子空间信息的两点像,根据粒子像在像平面上的位置和间距可以获取空间粒子的三维空间位置。本文用单点发光体模拟单点粒子,用ＣＣＤ摄像机连续摄取粒子的瞬时空间运动图像,用计算机对获得的图像进行处理,可以得到粒子三维运动轨迹。这种方法可以应用于三维流场的流动显示研究     

小型线形可变滤光片分光的可见成像光谱仪及其特性研究

本文设计了一种使用线形可变干涉滤光片的小型成像光谱仪。使用CCD摄像头作图像传感器，通过微动平台带动线形可变干涉滤光片，横向扫描通过面阵CCD的每个像元，每扫描一步所得到的总体图像中不同列的像元是由不同波长的单色部分像元组成，随着扫描步进，这些单色部分像元的波长随之变化，最后采用图像重构的文教是到一系列单色图像（或见光波段400－700mm）。扫描间隔由所需的单色图像的光谱分辨率和各单色图像间的波长间隔来确定。经过试验证明，此成像光谱仪充分利用了线型干涉滤光片的性能，其光谱分辨率为16nm，同后者的光谱带宽相差无几，仪器的空间分辨率由成像系统和CCD来确定，论仪器装置具有结构简单，高空间分辨率，较主光谱分辨率，扫描速度快等特点，通过一个伪装识别试验，验证了仪器的性能指标。     

多角度偏振成像仪遥感图像太阳耀斑区的拖尾校正方法

为了有效校正星载偏振相机成像时太阳耀斑区产生的拖尾,以高分五号卫星多角度偏振成像仪为例,结合多角度偏振成像仪在轨成像特点,理论分析了图像获取过程中拖尾产生的机理.建立了光斑区不含饱和像元情况下能够有效对漏光拖尾进行校正的矩阵法与暗行法校正模型,以及光斑区全像元饱和情况下结合矩阵法与暗行法估计光斑区饱和像元强度的遗留拖尾校正模型,该算法充分考虑了强光饱和条件下太阳耀斑区产生的漏光拖尾与遗留拖尾.利用实验室积分球光源成像光斑模拟在轨运行时遥感图像太阳耀斑开展拖尾校正方法可行性验证实验.实验结果表明,该方法不仅能有效去除图像中的拖尾噪声,提高图像质量,而且能够对光斑饱和像元强度进行有效估计.最后,分析多角度偏振成像仪在轨成像图中耀斑区拖尾对其辐亮度测量精度的影响,分析结果表明,拖尾校正前后,灰度方差由202.69×10^6下降至2.32×10^6,平均梯度由5.08×10^-1下降至2.26×10^-1.     

大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112°)的标定精度达到了0 75%。